Заведующий научно-образовательной лабораторией компьютерного моделирования в электронике, доцент кафедры радиофизики и нелинейной динамики  СГУ В.В. Семёнов доказал, что свойства сложных сетей, состоящих из множества нелокально взаимодействующих элементов, можно воспроизвести на одном электронном устройстве. Работа саратовского физика может упростить создание систем искусственного интеллекта нового поколения, где обработка информации происходит в реальном времени за счёт физических процессов без использования программ. Такие устройства будут быстрее, дешевле и энергоэффективнее современных.

Подобные процессы встречаются в самых разных областях науки – от химических реакций и физических фазовых переходов до моделей распространения инфекций и популяционной динамики.

Ранее было известно, что в сетях нелокально связанных осцилляторов характер взаимодействия между элементами может ускорять движение фронтов, облегчать их стабилизацию и защищать от разрушения шумом. В новой работе автор выдвинул гипотезу: аналогичное поведение должно быть характерно не только для целой сети, но и для одиночного осциллятора, если снабдить его двумя линиями запаздывающей обратной связи.

Для проверки этой идеи были проведены численные расчёты и создано специальное электронное устройство, реализующие исследуемую систему физически. Выявленные во время моделирования закономерности сохраняются в физических системах, где неизбежно присутствуют шумы, погрешности измерений и другие факторы, отсутствующие в идеализированных расчётах.

Сначала учёный анализировал математическую модель, оценивал амплитуды колебаний динамических переменных, необходимые диапазоны изменения параметров и другие характеристики системы, после чего создал электронное устройство, работающее по тем же уравнениям. Главным техническим вызовом стала реализация запаздывающей обратной связи с несколькими задержками. Создание аналогичной установки средствами оптики или оптоэлектроники потребовало бы значительно больших трудовых и финансовых затрат.

Главный результат исследования состоит в том, что некоторые свойства сложных сетей удалось воспроизвести на значительно более простой физической системе. Если такая аналогия работает, исследователи получают возможность изучать некоторые свойства или отдельные аспекты коллективной динамики больших сетей без необходимости создавать и исследовать большое число взаимодействующих элементов.

Кроме того, системы с запаздыванием сегодня активно рассматриваются как основа для аппаратных вычислительных устройств нового поколения, в которых обработка информации осуществляется непосредственно физическими процессами, а не только программными алгоритмами.

Читайте новости Саратовского университета в MAX. Подписывайтесь на канал Минобрнауки России в MAX.