神経模倣コンピュータが複雑数理問題を解決(Nature-Inspired Computers Are Shockingly Good at Math)

2026-01-07 サンディア国立研究所(SNL)

米サンディア国立研究所の研究チームは、生物の神経系に着想を得た「自然模倣型コンピュータ」が、従来型デジタル計算とは異なる原理で高度な数学計算を極めて効率的に実行できることを示した。研究では、脳の神経活動に似たアナログ的・並列的な信号処理を行うニューロモルフィック(神経模倣)回路を用い、微分方程式などの計算問題を実証的に評価した。その結果、こうした回路はエネルギー消費を大幅に抑えつつ、高速かつ安定して数学的解を導けることが確認された。これは、自然界の物理法則そのものを「計算資源」として利用している点が強みであり、将来的にはAI、最適化、科学計算などで従来計算機を補完・代替する可能性がある。

<関連情報>

ニューロモルフィックハードウェア上でスパース有限要素問題を解く Solving sparse finite element problems on neuromorphic hardware

Bradley H. Theilman & James B. Aimone
Nature Machine Intelligence  Published:13 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s42256-025-01143-2

A preprint version of the article is available at arXiv.

神経模倣コンピュータが複雑数理問題を解決(Nature-Inspired Computers Are Shockingly Good at Math)

Abstract

The finite element method (FEM) is one of the most important and ubiquitous numerical methods for solving partial differential equations (PDEs) on computers for scientific and engineering discovery. Applying the FEM to larger and more detailed scientific models has driven advances in high-performance computing for decades. Here we demonstrate that scalable spiking neuromorphic hardware can directly implement the FEM by constructing a spiking neural network that solves the large, sparse, linear systems of equations at the core of the FEM. We show that for the Poisson equation, a fundamental PDE in science and engineering, our neural circuit achieves meaningful levels of numerical accuracy and close to ideal scaling on modern, inherently parallel and energy-efficient neuromorphic hardware, specifically Intel’s Loihi 2 neuromorphic platform. We illustrate extensions to irregular mesh geometries in both two and three dimensions as well as other PDEs such as linear elasticity. Our spiking neural network is constructed from a recurrent network model of the brain’s motor cortex and, in contrast to black-box deep artificial neural network-based methods for PDEs, directly translates the well-understood and trusted mathematics of the FEM to a natively spiking neuromorphic algorithm.

1601コンピュータ工学
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