Математика и Computer Science

Создана первая в мире фотонная нейронная сеть

PeteLinforth/Pixabay

В Принстонском университете разработали первую в мире фотонную нейронную сеть. Ученые представили интегральную микросхему из кремния — фотонный нейроморфный чип, способный проводить вычисления на сверхскоростях. Об этом сообщается в журнале препринтов arXiv.

Оптические компьютеры давно считаются вычислительными машинами будущего: диапазон обрабатываемых частот у фотонов значительно выше, чем у электронов, поэтому они обрабатывают данные гораздо быстрее. Однако стоимость таких устройств всегда была недопустимо велика.

Нейронные сети открыли фотонике новые возможности. Первым шагом в этом направлении стала разработка оптического устройства, где у каждого узла такая же частотная характеристика, как у нейрона. Эти узлы представляют собой миниатюрные круглые волноводы, вырезанные на кремниевой подложке, где циркулирует свет. Тот же свет выступает сигналом на вводе для лазера и регулирует его выходную мощность.

Важно, что каждый узел системы настроен на конкретную длину волны (эта техника называется волновым мультиплексированием). Затем сигнал лазера снова попадает в узлы, что создает нелинейную систему обратной связи. Ученые измерили выходной сигнал и выяснили, что математически он эквивалентен непрерывно-временной рекуррентной нейронной сети. Важность этого результата в том, что новое устройство уже может пользоваться множеством программных средств, созданных для такого рода нейронных сетей.

На примере сети из 49 фотонных узлов исследователи эмулировали одно дифференциальное уравнение и показали, что фотонная нейронная сеть справляется с заданием примерно на три порядка быстрее, чем обычный центральный процессор.