In een belangrijke stap voorwaarts in de verwerking van kunstmatige intelligentie hebben Europese onderzoekers een nieuwe benadering van rekenen gedemonstreerd, waarbij licht in plaats van elektriciteit wordt gebruikt om complexe berekeningen uit te voeren met ongekende snelheden.
De doorbraak is het resultaat van een samenwerking tussen teams van de Universiteit van Tampere in Finland en de Université Marie et Louis Pasteur in Frankrijk. Zij gebruikten met succes femtoseconde-laserpulsen (een miljard keer korter dan een cameraflits) die door ultradunne glasvezels werden geleid om AI-achtige berekeningen uit te voeren. Wat deze prestatie bijzonder maakt, is zowel de snelheid als de efficiëntie van het proces: berekeningen worden afgerond in minder dan één picoseconde, met een nauwkeurigheid van meer dan 91% op de MNIST-benchmark voor handgeschreven cijferherkenning, een standaardtest voor AI-systemen.
"Dit werk laat zien hoe fundamenteel onderzoek in niet-lineaire vezeloptica kan leiden tot nieuwe benaderingen van computationele verwerking," leggen de onderzoeksleiders, professoren Goëry Genty, John Dudley en Daniel Brunner uit. "Door natuurkunde en machine learning te combineren, openen we nieuwe wegen naar ultrasnelle en energiezuinige AI-hardware."
Het systeem werkt door laserpulsen met meerdere golflengten door optische vezels te sturen met een dwarsdoorsnede kleiner dan een mensenhaar. De onderzoekers coderen informatie door relatieve vertragingen tussen deze golflengten aan te brengen op basis van beeldgegevens. Terwijl het licht door de vezel reist, transformeert de niet-lineaire interactie tussen licht en glas het spectrum op manieren die de gecodeerde informatie behouden en verwerken.
Opmerkelijk genoeg ontdekte het team dat optimale prestaties niet werden bereikt door de niet-lineaire interacties te maximaliseren, maar juist door een precies evenwicht te vinden in de complexiteit van het systeem. Dit inzicht kan van cruciaal belang zijn voor de toekomstige ontwikkeling van fotonische computersystemen.
De onderzoekers werken nu aan het ontwikkelen van optische systemen op chip die in real-time buiten het laboratorium kunnen functioneren. Als dit lukt, kan deze technologie AI-verwerking revolutioneren door het energieverbruik drastisch te verminderen en de verwerkingssnelheid met een veelvoud te verhogen ten opzichte van huidige elektronische systemen.
Het onderzoek is gepubliceerd in Optics Letters, onder de titel "Limits of nonlinear and dispersive fiber propagation for an optical fiber-based extreme learning machine."