I ricercatori creano la prima rete neurale artificiale ottica del suo genere

I ricercatori hanno creato una rete neurale artificiale ottica multistrato, qualcosa che non era stato dimostrato con successo fino a questo punto. C’è un grande desiderio di creare reti neurali artificiali ottiche pratiche, poiché sono più veloci e consumano molto meno potenza rispetto a quelle basate su computer tradizionali. Questi nuovi sviluppi potrebbero abilitare il calcolo parallelo con la luce.

I ricercatori dell’Università di Scienze e Tecnologia di Hong Kong, Hong Kong, hanno presentato la loro rete neurale ottica a due strati su Optica, la rivista della Società Ottica che include ricerche ad alto impatto. I ricercatori hanno anche mostrato come applicare la rete a compiti di classificazione complessi.

“Il nostro schema ottico potrebbe abilitare una rete neurale che esegue calcoli paralleli ottici alla velocità della luce mentre consuma poca energia”, ha detto Junwei Liu, un membro del team di ricerca. “Le reti neurali ottiche su larga scala potrebbero essere utilizzate per applicazioni che vanno dal riconoscimento di immagini alla ricerca scientifica”.

Queste reti neurali ottiche funzionano in modo diverso dalle reti neurali ibride ottiche convenzionali che vengono utilizzate attualmente. In queste, i componenti ottici vengono normalmente utilizzati per operazioni lineari. Nelle funzioni di attivazione non lineari, quelle che simulano il modo in cui i neuroni del cervello umano rispondono, i componenti ottici vengono spesso implementati elettronicamente. Ciò è dovuto al fatto che l’ottica non lineare richiede laser ad alta potenza, che sono difficili da implementare in una rete neurale ottica.

Per superare questo limite, i ricercatori hanno utilizzato atomi freddi con trasparenza indotta elettromagneticamente per eseguire funzioni non lineari.

Shengwang Du, un membro del team di ricerca, ha parlato dei nuovi sviluppi.

“Questo effetto indotto dalla luce può essere ottenuto con potenza laser molto debole”, ha detto. “Poiché questo effetto si basa sull’interferenza quantistica non lineare, potrebbe essere possibile estendere il nostro sistema in una rete neurale quantistica che potrebbe risolvere problemi irrisolvibili con metodi classici”.

Per testare il loro nuovo approccio, il team ha creato una rete neurale ottica a due strati completamente connessa. La rete ha 16 ingressi e due uscite. Quindi hanno utilizzato la loro rete neurale ottica per classificare le fasi di ordine e disordine di un modello statistico di magnetismo. Sono stati in grado di concludere che la rete neurale ottica era altrettanto precisa di una rete neurale basata su computer addestrata.

Il prossimo passo per il team di ricerca è quello di estendere questo a reti neurali ottiche profonde su larga scala. Queste possono avere architetture complesse progettate per applicazioni specifiche come il riconoscimento di immagini. Facendo ciò, possono dimostrare che questo sistema funziona su scale molto più grandi.

“Sebbene il nostro lavoro sia una dimostrazione di principio, mostra che potrebbe essere possibile sviluppare versioni ottiche dell’intelligenza artificiale in futuro”, ha detto Du.

“La prossima generazione di hardware per l’intelligenza artificiale sarà intrinsecamente molto più veloce e presenterà un consumo di potenza inferiore rispetto all’intelligenza artificiale basata su computer di oggi”, ha aggiunto Liu.

Per vedere ulteriori sviluppi in scienza e tecnologia, la Società Ottica (OSA) fornisce pubblicazioni, riunioni e iniziative di membership, ricerca, e risorse dedicate. Hanno un’estesa rete di esperti nel campo dell’ottica e della fotonica. L’organizzazione supporta scienziati, ingegneri, studenti e leader aziendali responsabili di scoperte scientifiche, applicazioni e applicazioni. Il loro sito web fornisce varie notizie e aggiornamenti di ricerca.