Các nhà nghiên cứu tạo ra Mạng lưới thần kinh nhân tạo quang học đầu tiên

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mạng lưới thần kinh nhân tạo quang học đa lớp, điều mà trước đây chưa từng được chứng minh thành công. Có một nhu cầu lớn để tạo ra các mạng lưới thần kinh nhân tạo quang học thực tế vì chúng nhanh hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn so với các mạng lưới dựa trên máy tính truyền thống. Những phát triển mới này có thể cho phép tính toán song song với ánh sáng.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông, Hồng Kông, đã trình bày mạng lưới thần kinh nhân tạo quang học hai lớp của họ trong Optica, tạp chí của Hiệp hội Quang học có ảnh hưởng cao. Các nhà nghiên cứu cũng đã chỉ ra cách họ có thể áp dụng mạng lưới này vào các nhiệm vụ phân loại phức tạp.

“Phương pháp quang học của chúng tôi có thể cho phép một mạng lưới thần kinh thực hiện tính toán song song với tốc độ ánh sáng trong khi tiêu thụ ít năng lượng,” said Junwei Liu, một thành viên của nhóm nghiên cứu. “Các mạng lưới thần kinh nhân tạo quang học quy mô lớn có thể được sử dụng cho các ứng dụng từ nhận dạng hình ảnh đến nghiên cứu khoa học.”

Các mạng lưới này hoạt động khác với các mạng lưới thần kinh nhân tạo quang học truyền thống hiện đang được sử dụng. Trong những mạng lưới đó, các thành phần quang học thường được sử dụng cho các hoạt động tuyến tính. Trong các hàm kích hoạt phi tuyến, những hàm mô phỏng cách các nơ-ron trong não bộ con người phản ứng, các thành phần quang học thường được thực hiện điện tử. Điều này là vì quang học phi tuyến đòi hỏi laser công suất cao, điều mà khó thực hiện trong một mạng lưới thần kinh nhân tạo.

Để vượt qua điều này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nguyên tử lạnh với sự trong suốt được kích thích bởi điện từ để thực hiện các hàm phi tuyến.

Shengwang Du, một thành viên của nhóm nghiên cứu, đã nói về những phát triển mới.

“Hiệu ứng ánh sáng này có thể được thực hiện với công suất laser rất yếu,” anh nói. “Bởi vì hiệu ứng này dựa trên sự can thiệp lượng tử phi tuyến, nó có thể mở rộng hệ thống của chúng tôi thành một mạng lưới thần kinh lượng tử có thể giải quyết các vấn đề mà các phương pháp cổ điển không thể giải quyết.”

Để kiểm tra phương pháp mới của họ, nhóm đã tạo ra một mạng lưới thần kinh nhân tạo quang học hai lớp hoàn toàn kết nối. Mạng lưới này có 16 đầu vào và hai đầu ra. Sau đó, họ đã sử dụng mạng lưới quang học của mình để phân loại các pha có trật tự và không trật tự của một mô hình thống kê về từ tính. Họ đã kết luận rằng mạng lưới thần kinh nhân tạo quang học chính xác như một mạng lưới dựa trên máy tính đã được đào tạo.

Bước tiếp theo cho nhóm nghiên cứu là mở rộng điều này sang các mạng lưới thần kinh nhân tạo quang học sâu quy mô lớn. Những mạng lưới này có thể có các kiến trúc phức tạp được thiết kế cho các ứng dụng cụ thể như nhận dạng hình ảnh. Bằng cách này, họ có thể chứng minh rằng hệ thống này hoạt động ở quy mô lớn hơn.

“Mặc dù công việc của chúng tôi là một minh chứng cho nguyên tắc, nó cho thấy rằng trong tương lai, có thể phát triển các phiên bản quang học của trí tuệ nhân tạo,” said Du.

“Thế hệ tiếp theo của phần cứng trí tuệ nhân tạo sẽ intrinsically nhanh hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn so với trí tuệ nhân tạo dựa trên máy tính hiện nay,” thêm Liu.

Để xem thêm những phát triển như vậy trong khoa học và công nghệ, Hiệp hội Quang học (OSA) cung cấp các ấn phẩm, cuộc họp và các sáng kiến thành viên, nghiên cứu, và các nguồn lực chuyên dụng. Họ có một mạng lưới chuyên gia rộng lớn trong lĩnh vực quang học và photon. Tổ chức này hỗ trợ các nhà khoa học, kỹ sư, sinh viên và các nhà lãnh đạo kinh doanh chịu trách nhiệm về các khám phá khoa học, ứng dụng và ứng dụng. Trang web của họ cung cấp các tin tức và cập nhật nghiên cứu khác nhau.