Les xarxes neuronals prometen resoldre problemes difícils com el reconeixement facial i de veu , però les versions electròniques convencionals tenen una velocitat limitada de manera que els cal més potència.
En teoria, l’òptica podria vèncer els ordinadors electrònics digitals en els càlculs de matrius utilitzats a les xarxes neuronals. Tot i això, l’òptica s’havia limitat per la seva incapacitat de fer uns càlculs complexos que havien requerit l’electrònica. Ara, els nous experiments demostren que les xarxes neuronals totalment òptiques poden solucionar aquests problemes.
El principal interés de les xarxes neuronals és la seva interconnexió massiva entre processadors, comparable a les complexes interconnexions entre neurones del cervell humà. Això els permet realitzar moltes operacions simultàniament, com ho fa el cervell humà quan mira la cara o escolta la veu, fent-los més eficients per al reconeixement facial i de la veu, respecte els ordinadors electrònics tradicionals que executen una sola instrucció simultàneament.
 |
| Font: Laboratori Olivia Wang / Peng Cheng |
Les actuals xarxes neuronals electròniques han arribat a vuit milions de neurones, però el seu ús futur en intel·ligència artificial pot veure's limitat per l'ús d'alta potència i el paral·lelisme limitat en les connexions. Les connexions òptiques mitjançant lents són inherentment paral·leles. La lent de l'ull enfoca simultàniament la llum des del camp visual cap a la retina de la part posterior de l'ull, on una sèrie de cèl·lules nervioses detecten la llum. A continuació, cada cèl·lula retransmet el senyal que rep a les neurones del cervell que processen els senyals visuals per mostrar una imatge.
Les lents de vidre processen senyals òptiques mitjançant l'enfocament de la llum, que realitza una operació matemàtica complexa anomenada transformada de Fourier que conserva la informació de l'escena original, però que es reorganitzen completament. Una de les transformades de Fourier realitza la conversió de les variacions de temps en la intensitat del senyal en una trama de les freqüències presents en el senyal. Els militars van utilitzar aquest principi a la dècada de 1950 per convertir els senyals de retorn de radar enregistrats per un avió en vol en una imatge tridimensional del paisatge vist per l'avió. Avui, la conversió es fa de forma electrònica, però la tecnologia disponible llavors, no permetia resoldre aquesta funció.
 |
| Font: Discover Magazin |
El desenvolupament de xarxes neuronals basades en la intel·ligència artificial, es va iniciar amb l’electrònica, però les seves aplicacions de l’AI s’han limitat pel seu lent processament i la necessitat de recursos informàtics extensos. Alguns investigadors han desenvolupat xarxes neuronals híbrides, en les quals l’òptica realitza operacions lineals simples, però l’electrònica realitza càlculs no lineals més complexos. Recentment, s'ha demostrat que les xarxes neuronals totalment òptiques fan tot el processament amb llum.
Al mes de maig del 2019, Wolfram Pernice de l’Institut de Física de la Universitat de Münster a Alemanya i el seus col·legues, van demostrar en una provar d'una “neurona” totalment òptica en què els senyals canvien d'un material objectiu, entre els estats líquids i sòlids, un efecte que s’ha utilitzat per a l’emmagatzematge de dades òptiques. Això va permetre demostrar el processament no lineal i van produir polsos de sortida com els de les neurones orgàniques. A continuació, van produir un circuit fotònic integrat que incorporava quatre neurones òptiques que treballen a diferents longituds d'ona, cadascuna de les quals es connectava a 15 sinapsis òptiques. El circuit fotònic contenia més de 140 components i podia reconèixer patrons òptics simples. El grup va escriure que el dispositiu és escalable i que la tecnologia promet "accés a l’alta velocitat i un elevat ample de banda inherent als sistemes òptics, permetent així el processament directe de telecomunicacions òptiques i dades visuals.
 |
| Font: Zee news |
Aquesta demostració, van il·luminar 85 àtoms de rubidi, refrigerats per làser fins a uns 10 microKelvin (10 microdegres per sobre del zero absolut). Tot i que la tècnica pot semblar complexa, el sistema de laboratori podia produir els efectes desitjats. Com a sistema atòmic quàntic pur, és ideal per a aquest experiment per provar aquest principa.
Està previst, ampliar la demostració mitjançant un centre de vapor atòmic calent, que és menys costós, no requereix una preparació que necessiti molt de temps dels àtoms freds i es pugi integrar amb xips fotònics. Els principals reptes són reduir el cost del mitj del mitjà de processament no lineal i augmentar l'escala de la xarxa neuronal totalment òptica per a tasques més complexes.
Font: Institut de Física de la Universitat de Münster a Alemanya
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada