Komputasi fotonik membutuhkan lebih banyak linearitas: akustik dapat membantu

Jaringan neuron adalah struktur khas yang menjadi dasar kecerdasan buatan. Istilah “saraf” menggambarkan kemampuan belajarnya, yang sampai batas tertentu meniru fungsi neuron di otak kita. Untuk bekerja, beberapa bahan utama diperlukan: salah satunya adalah fungsi aktivasi yang memperkenalkan non -linearitas dalam struktur.

Fungsi aktivasi fotonik memiliki keunggulan penting untuk implementasi optik Jaringan saraf Berdasarkan perambatan cahaya. Para peneliti dari Grup Penelitian Stiller di MPL dan LUH bekerja sama dengan MIT kini secara eksperimental menunjukkan fungsi aktivasi yang dikontrol secara optik berdasarkan gelombang suara perjalanan.

Ini cocok untuk berbagai pendekatan jaringan neuron optik dan memungkinkan operasi dalam dimensi frekuensi sintetis yang disebut SO. Pekerjaannya diterbitkan Di koran Nanopotonik.

Kecerdasan buatan (AI) banyak digunakan dan dirancang untuk meningkatkan keterampilan manusia, seperti analisis data, pembuatan teks dan pengenalan gambar. Kinerja telah melebihi manusia di banyak bidang, misalnya, dalam hal kecepatan. Tugas yang akan memakan waktu berjam -jam ketika mereka selesai secara manual dapat diselesaikan dalam hitungan detik.

Di antara pilihan lain, AI dapat didasarkan pada jaringan neuron buatan yang terinspirasi oleh otak. Mirip dengan neuron di otak manusia, node jaringan saraf terkait dalam struktur yang sangat kompleks. Saat ini, mereka paling sering diimplementasikan menggunakan koneksi digital.

Pengalaman pelatihan terbaru kecerdasan buatan Sebagai model bahasa besar telah menjelaskan bahwa mereka Konsumsi energi Ini sangat luas dan akan meningkat secara eksponensial di tahun -tahun mendatang. Oleh karena itu, para ilmuwan sedang menyelidiki solusi secara intens dan mempertimbangkan berbagai sistem fisik yang dapat mendukung atau menggantikan sebagian Sistem Elektronik Untuk tugas -tugas tertentu. Jaringan ini bisa didasarkan pada Bahan optikdalam struktur molekul, dalam untaian DNA, atau bahkan dalam pengembangan struktur jamur.

Optik dan fotonik memiliki banyak keunggulan dibandingkan sistem elektronik konvensional

Optik dan fotonik memiliki keuntungan dari bandwidth tinggi dan informasi dalam pengkodean informasi dalam simbol -simbol berkimensi tinggi, keduanya alasan untuk percepatan sistem komunikasi kami. Sistem fotonik sudah cukup maju sering kali memungkinkan Pemrosesan paralel dan koneksi ke sistem mapan seperti internet berbasis dunia berbasis dunia. Saat mendaki, foton juga memiliki janji konsumsi energi yang lebih rendah untuk masalah yang kompleks.

Sekarang kelompok penelitian memanfaatkan sumber daya dan pengetahuan ini untuk mengimplementasikan jaringan saraf optik dalam berbagai cara. Namun, banyak tantangan utama harus diatasi, misalnya, skala naik perangkat keras fotonik dan konfigurasi ulang jaringan saraf.

Fungsi aktivasi terkontrol sepenuhnya optik berdasarkan gelombang suara yang ditunjukkan untuk pertama kalinya

Para peneliti di laboratorium Stiller bekerja pada opto -acoustic dan khususnya tentang tantangan jaringan neuronal optik yang dimediasi oleh gelombang akustik. Untuk pengurangan jaringan neuronal optik, mereka sekarang telah mengembangkan fungsi aktivasi yang dapat dikontrol secara optik. Informasi tidak perlu menjadi dari optik ke domain elektronik.

Perkembangan ini merupakan langkah penting untuk komputasi fotonik, alternatif komputasi analog fisik yang menjanjikan untuk melakukan kecerdasan buatan efisiensi energi jangka panjang.

Bentuk sederhana dari jaringan neuron terdiri dari jumlah bobot informasi yang masuk dan fungsi aktivasi non -linear. Fungsi aktivasi non -linier sangat penting untuk model pembelajaran yang mendalam untuk belajar menyelesaikan tugas yang kompleks.

Dalam jaringan saraf optik, potongan -potongan ini juga idealnya diimplementasikan dalam domain fotonik. Untuk jumlah tertimbang, operator matriks, sudah ada sejumlah besar pendekatan fotonik. Ini bukan kasus fungsi aktivasi non -linear, di mana beberapa pendekatan telah ditunjukkan secara eksperimental.

“Perspektif jangka panjang untuk menciptakan jaringan optik yang lebih efisien dalam energi tergantung pada apakah kita dapat memperluas sistem komputasi fisik, suatu proses yang berpotensi difasilitasi oleh fungsi aktivasi fotonik,” kata Birgit Stiller, kepala kelompok penelitian “quantum optoacoustic”.

Fungsi aktivasi fotonik non -linear adalah setara optik dari fungsi aktivasi non -linier yang digunakan dalam jaringan saraf buatan, tetapi diimplementasikan menggunakan perangkat fotonik alih -alih elektronik. Ini menyajikan non -linearitas dalam sistem komputer fotonik, memungkinkan jaringan saraf optik yang sepenuhnya optik dan akselerator pembelajaran otomatis optik. Contoh fungsi aktivasi adalah fungsi enggan, sigmoid atau tanh dan dapat mengubah jumlah entri tertimbang menjadi jaringan neuron buatan.

Gelombang suara sebagai mediator untuk fungsi aktivasi fotonik yang efektif

Para ilmuwan dari Grup Penelitian Stiller di Max Planck Institute for the Science of Light dan Leibniz University Hannover, bekerja sama dengan Dirk English of the MIT, kini telah menunjukkan bahwa gelombang suara dapat menjadi mediator untuk fungsi aktivasi fotonik yang efektif.

Informasi optik tidak harus meninggalkan domain optik dan diproses secara langsung dalam serat optik atau panduan gelombang fotonik. Melalui efek dispersi brillouin yang distimulasi, informasi input optik mengalami perubahan non -linear tergantung pada tingkat intensitas optik.

“Fungsi aktivasi fototonik kami dapat disesuaikan serbaguna: kami menunjukkan implementasi fungsi sigmoid, enggan dan konsep ini juga memungkinkan fungsi yang lebih eksotis sesuai permintaan, jika perlu untuk jenis tugas tertentu,” kata salah satu dari dua penulis utama Grigorii Slinkov.

Penulis utama lainnya, Steven Becker, menambahkan: “Keuntungan yang menarik berasal dari aturan kombinasi fase yang ketat dalam kilau stimulasi Brillouin: frekuensi optik yang berbeda, untuk komputasi paralel, dapat diatasi secara individual, yang dapat meningkatkan kinerja komputasi jaringan neuron.”

Dimasukkannya fungsi aktivasi fotonik dalam jaringan neuronal optik mempertahankan bandwidth data optik, menghindari konversi elektrooptik dan mempertahankan koherensi sinyal. Kontrol serbaguna fungsi aktivasi non -linier dengan bantuan gelombang suara Ini memungkinkan implementasi skema sistem serat optik yang ada, serta chip fotonik.