Дослідники створили перший у своєму роді штучний нейронний мереж

Дослідники створили багаторівневу повністю оптичну штучну нейронну мережу, чого раніше не вдавалося зробити. Існує велике бажання створити практичні оптичні штучні нейронні мережі, оскільки вони працюють швидше і споживають значно менше енергії, ніж мережі, засновані на традиційних комп’ютерах. Ці нові розробки можуть дозволити паралельні обчислення зі світлом.

Дослідники з Університету науки і технологій Гонконгу, Гонконг, виклали свою двошарову повністю оптичну нейронну мережу в Optica, журналі Оптичного товариства, який включає високоефективні дослідження. Дослідники також показали, як вони могли застосувати мережу до складних задач класифікації.

“Наша повністю оптична схема могла б дозволити нейронній мережі виконувати оптичні паралельні обчислення зі швидкістю світла при мінімальному споживанні енергії”, – сказав Джунвей Лю, член дослідницької групи. “Масштабні повністю оптичні нейронні мережі могли б бути використані для застосунків, починаючи від розпізнавання зображень і закінчуючи науковими дослідженнями”.

Ці повністю оптичні мережі працюють інакше, ніж традиційні гібридні оптичні нейронні мережі, які зараз використовуються. У них оптичні компоненти зазвичай використовуються для лінійних операцій. У нелінійних активаційних функціях, які імітують поведінку нейронів у людському мозку, оптичні компоненти часто реалізуються електронно. Це відбувається через те, що нелінійна оптика вимагає високопотужних лазерів, які важко реалізувати в оптичній нейронній мережі.

Щоб обійти цю проблему, дослідники використали холодні атоми з електромагнітною прозорістю, щоб виконувати нелінійні функції.

Шенгванг Ду, член дослідницької групи, розповів про нові розробки.

“Цей світлоіндукований ефект можна досягти за допомогою дуже слабкої потужності лазера”, – сказав він. “Оскільки цей ефект заснований на нелінійній квантовій інтерференції, можливо, що ми зможемо розширити нашу систему до квантової нейронної мережі, яка могла б розв’язувати задачі, які неможливо розв’язати класичними методами”.

Щоб протестувати свій новий підхід, команда створила двошарову повністю зв’язану оптичну нейронну мережу. Мережа має 16 входів і два виходи. Потім вони використали свою повністю оптичну мережу для класифікації порядку і фаз розладу статистичної моделі магнетизму. Вони змогли зробити висновок, що повністю оптична нейронна мережа була так само точною, як і навчена комп’ютерна нейронна мережа.

Наступний крок для дослідницької групи – розширити це до великомасштабних повністю оптичних глибоких нейронних мереж. Ці мережі можуть мати складні архітектури, призначені для конкретних застосунків, таких як розпізнавання зображень. Роблячи це, вони можуть продемонструвати, що ця система працює у значно більших масштабах.

“Хоча наша робота є демонстрацією принципу, вона показує, що можливо створити оптичні версії штучного інтелекту в майбутньому”, – сказав Ду.

“Наступне покоління апаратного забезпечення штучного інтелекту буде суттєво швидшим і споживатиме менше енергії порівняно з сучасним комп’ютерним апаратним забезпеченням штучного інтелекту”, – додав Лю.

Щоб побачити більше таких розробок у науці та технологіях, Оптичне товариство (OSA) надає публікації, зустрічі та ініціативи членства, дослідження, і присвячені ресурси. Вони мають розгалужену мережу експертів у галузі оптики та фотоніки. Організація підтримує вчених, інженерів, студентів та керівників бізнесу, відповідальних за наукові відкриття, застосування та застосування. Їхній веб-сайт надає різні новини та оновлення досліджень.