Investigadores crean la primera red neural artificial de su tipo

Los investigadores han creado una red neural artificial multilayer y completamente óptica, algo que no se había demostrado con éxito hasta ahora. Existe un gran deseo de crear redes neuronales artificiales ópticas prácticas, ya que son más rápidas y consumen mucha menos energía que las redes basadas en ordenadores tradicionales. Estos nuevos desarrollos podrían permitir la computación paralela con luz.

Los investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, en Hong Kong, presentaron su red neural de dos capas completamente óptica en Optica, la revista de la Sociedad Óptica que incluye investigaciones de alto impacto. Los investigadores también mostraron cómo podrían aplicar la red a tareas de clasificación complejas.

“Nuestro esquema completamente óptico podría permitir una red neural que realice computación paralela óptica a la velocidad de la luz mientras consume poca energía”, dijo Junwei Liu, miembro del equipo de investigación. “Las redes neuronales completamente ópticas a gran escala podrían usarse para aplicaciones que van desde el reconocimiento de imágenes hasta la investigación científica”.

Estas redes neuronales completamente ópticas funcionan de manera diferente a las redes neuronales híbridas ópticas convencionales que se utilizan actualmente. En estas, los componentes ópticos se utilizan normalmente para operaciones lineales. En las funciones de activación no lineales, que simulan la forma en que responden las neuronas del cerebro humano, los componentes ópticos a menudo se implementan electrónicamente. Esto se debe a que la óptica no lineal requiere láseres de alta potencia, que son difíciles de implementar en una red neural óptica.

Para evitar esto, los investigadores utilizaron átomos fríos con transparencia electromagnéticamente inducida para realizar funciones no lineales.

Shengwang Du, miembro del equipo de investigación, habló sobre los nuevos desarrollos.

“Este efecto inducido por la luz se puede lograr con un poder láser muy débil”, dijo. “Dado que este efecto se basa en la interferencia cuántica no lineal, es posible que podamos extender nuestro sistema a una red neural cuántica que pueda resolver problemas inabordables por métodos clásicos”.

Para probar su nuevo enfoque, el equipo creó una red neural completamente óptica de dos capas y completamente conectada. La red tiene 16 entradas y dos salidas. Luego utilizaron su red neuronal completamente óptica para clasificar las fases de orden y desorden de un modelo estadístico de magnetismo. Pudieron concluir que la red neural completamente óptica era tan precisa como una red neuronal basada en computadora entrenada.

El próximo paso para el equipo de investigación es ampliar esto a redes neuronales profundas completamente ópticas a gran escala. Estas pueden tener arquitecturas complejas diseñadas para aplicaciones específicas como el reconocimiento de imágenes. Al hacerlo, pueden demostrar que este sistema funciona a escalas mucho mayores.

“Aunque nuestro trabajo es una demostración de principio, muestra que puede ser posible desarrollar versiones ópticas de la inteligencia artificial en el futuro”, dijo Du.

“La próxima generación de hardware de inteligencia artificial será intrínsecamente mucho más rápida y tendrá un consumo de energía más bajo en comparación con la inteligencia artificial basada en computadoras de hoy en día”, agregó Liu.

Para ver más de estos desarrollos en ciencia y tecnología, la Sociedad Óptica (OSA) proporciona publicaciones, reuniones e iniciativas de membresía, investigación, y recursos dedicados. Tienen una extensa red de expertos en el campo de la óptica y la fotónica. La organización apoya a científicos, ingenieros, estudiantes y líderes empresariales responsables de descubrimientos científicos, aplicaciones y aplicaciones. Su sitio web proporciona diversas noticias y actualizaciones de investigación.