Штучний інтелект використовується для ідентифікації джерел світла з значно меншою кількістю вимірювань

Група дослідників використала штучний інтелект (ШІ) для ідентифікації джерел світла. Новий метод вимагає значно менше вимірювань, ніж традиційно потрібно.

Багато фотонних технологій, включаючи лідар, дистанційне зондування та мікроскопію, розробляються частково шляхом ідентифікації джерел світла. Деякі з цих джерел включають сонячне світло, лазерне випромінювання та флуоресценцію молекул. Ідентифікація цих джерел зазвичай вимагає мільйонів вимірювань, що особливо складно у умовах низької освітленості, що робить дуже складним впровадження квантових фотонних технологій.

Робота була опублікована в Applied Physics Reviews, видавництві AIP Publishing. Її названо „Ідентифікація джерел світла за допомогою машинного навчання“.

Штучний нейрон

Омар Магана-Лоайса є одним з авторів статті.

„Ми тренували штучний нейрон зі статистичними коливаннями, які характеризують когерентне та теплове світло“, – сказав Магана-Лоайса.

Штучний нейрон спочатку був тренований на джерелах світла, що дозволило йому ідентифікувати певні особливості, пов’язані з конкретними типами світла.

Ченглонг Ю є співавтором статті.

“Один нейрон достатньо, щоб суттєво зменшити кількість вимірювань, необхідних для ідентифікації джерела світла з мільйонів до менше сотні“, – сказав Ю.

Застосування та переваги

Оскільки для ідентифікації джерел світла потрібно значно менше вимірювань, це можна зробити значно швидше. Крім того, можна зменшити шкоду від світла. Наприклад, шкода від світла може бути обмежена в мікроскопії, оскільки зразок не потрібно освітлювати так сильно, як при багатьох вимірюваннях.

Роберто де Х. Леон-Монтієль є ще одним співавтором статті.

„Якщо ви проводили експеримент з зображенням з деликатними флуоресцентними молекулярними комплексами, наприклад, ви могли б зменшити час, протягом якого зразок піддається дії світла, та мінімізувати будь-яку фотошкоду“, – сказав Леон-Монтієль.

Інша область, яка виграє від цієї технології, – це криптографія, де часто потрібно мільйони вимірювань для генерації ключів для шифрування повідомлень або електронних листів.

„Ми могли б прискорити генерацію квантових ключів для шифрування за допомогою подібного нейрону“, – сказав Магана-Лоайса.

Лазерне світло, яке важливе у дистанційному зондуванні, також може виграти від цієї технології. Можна розробити нову родину розумних лідар-систем, здатних ідентифікувати перехоплені або модифіковані дані, що відбиваються від віддаленого об’єкта. Лідар – це метод дистанційного зондування, який освітлює ціль лазерним світлом, а потім вимірює відбите світло за допомогою датчика для вимірювання відстані до цілі.

„Ймовірність перешкоджання роботі розумної квантової лідар-системи буде суттєво зменшена завдяки нашій технології“, – продовжив Магана-Лоайса. Крім того, можливість розрізняти лідар-фотони від навколишнього світла, такого як сонячне світло, матиме важливі наслідки для дистанційного зондування при низьких рівнях освітленості.