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Inside a fusion reactor, plasma, the superheated gas that fusion depends on, is held in place by magnetic fields, and its conditions can shift quickly. On a new superconducting chip, data from a real tokamak has just gone through at full speed: about one million samples per second, with the chip keeping up.
All'interno di un reattore a fusione, il plasma, il gas surriscaldato da cui dipende la fusione, è trattenuto da campi magnetici, e le sue condizioni possono cambiare rapidamente. Su un nuovo chip superconduttore, i dati di un tokamak reale sono appena stati elaborati alla massima velocità: circa un milione di campioni al secondo, con il chip che sta al passo.
The bottleneck is computing. Real-time monitoring requires machines that can digest enormous volumes of data almost instantly, and conventional silicon-based systems struggle to do that fast enough. The chip was designed by researchers at Brookhaven National Laboratory, a US Department of Energy lab, with the Princeton Plasma Physics Laboratory, the DIII-D National Fusion Facility and Colorado company Great Sky. Its superconducting circuits are arranged to mimic the connections found in the human brain, which is why the team describes it as brain-inspired.
Il collo di bottiglia è il calcolo. Il monitoraggio in tempo reale richiede macchine capaci di elaborare enormi volumi di dati quasi istantaneamente, e i sistemi tradizionali basati sul silicio faticano a farlo abbastanza in fretta. Il chip è stato progettato dai ricercatori del Brookhaven National Laboratory, un laboratorio del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, con il Princeton Plasma Physics Laboratory, il DIII-D National Fusion Facility e la società del Colorado Great Sky. I suoi circuiti superconduttori sono disposti in modo da imitare le connessioni del cervello umano, ed è per questo che il team lo descrive come ispirato al cervello.
The tests were run on data from the DIII-D tokamak, a fusion research facility in California run by General Atomics. Two of them asked the chip to spot unusual plasma activity and predict disruptions. The team reports that the chip detected unusual behavior and predicted instabilities in lab tests. A third experiment used simulated data from TORAX, a tokamak core transport simulator developed by Google DeepMind's fusion team, in which the chip predicted the onset of sawtooth instabilities, rapid changes in plasma conditions. The results suggest that superconducting neural networks could eventually support real-time plasma monitoring and stabilization.
I test sono stati condotti sui dati del tokamak DIII-D, un centro di ricerca sulla fusione in California gestito da General Atomics. Due di essi hanno chiesto al chip di individuare attività anomale del plasma e di prevedere le disruzioni. Il team riferisce che il chip ha rilevato comportamenti anomali e previsto instabilità nei test di laboratorio. Un terzo esperimento ha utilizzato dati simulati provenienti da TORAX, un simulatore di trasporto del nucleo di tokamak sviluppato dal team di fusione di Google DeepMind, nel quale il chip ha previsto l'insorgere di instabilità a dente di sega, cioè rapidi cambiamenti delle condizioni del plasma. I risultati suggeriscono che le reti neurali superconduttrici potrebbero un giorno sostenere il monitoraggio e la stabilizzazione del plasma in tempo reale.
What changes is the speed of the control loop. For operators of future fusion reactors, a faster and more reliable way to watch plasma and flag trouble before it grows would be a practical gain. The timeline: a chip with a neural network 10 times larger is planned, to be presented at Brookhaven in early 2027, then tested at DIII-D during fusion experiments later that year. The same kind of chip could, according to Great Sky, find uses in quantum computing, cybersecurity and high-speed X-ray data analysis, but no commercial date has been announced.
A cambiare è la velocità del ciclo di controllo. Per gli operatori dei futuri reattori a fusione, un modo più rapido e affidabile di sorvegliare il plasma e segnalare i problemi prima che si aggravino sarebbe un vantaggio concreto. Il calendario prevede un chip con una rete neurale 10 volte più grande, da presentare a Brookhaven all'inizio del 2027, per poi testarlo al DIII-D durante gli esperimenti sulla fusione più avanti nello stesso anno. Lo stesso tipo di chip potrebbe, secondo Great Sky, trovare impiego nel calcolo quantistico, nella cybersicurezza e nell'analisi ad alta velocità dei dati a raggi X, ma non è stata annunciata alcuna data per la commercializzazione.
“This is just the beginning,” said Jeff Shainline, Great Sky's founder and CEO. For now, the chip is a laboratory prototype, and the question is whether its results hold up when the larger version meets a real reactor's experiments.
«Questo è solo l'inizio», ha dichiarato Jeff Shainline, fondatore e amministratore delegato di Great Sky. Per ora il chip è un prototipo di laboratorio, e la domanda è se i suoi risultati reggeranno quando la versione più grande si confronterà con gli esperimenti di un reattore reale.