Wielki krok naprzód w przetwarzaniu sztucznej inteligencji poczynili europejscy naukowcy, prezentując nowatorskie podejście do obliczeń, w którym do wykonywania złożonych operacji wykorzystywane jest światło zamiast prądu elektrycznego – i to z niespotykaną dotąd szybkością.
Przełom jest efektem współpracy zespołów z Uniwersytetu w Tampere (Finlandia) oraz Uniwersytetu Marii i Ludwika Pasteura (Francja), którym udało się wykorzystać femtosekundowe impulsy laserowe (miliard razy krótsze od błysku aparatu fotograficznego), przesyłane przez ultracienkie światłowody, do realizacji obliczeń przypominających działanie AI. Wyjątkowość tego osiągnięcia polega zarówno na szybkości, jak i efektywności procesu – obliczenia wykonywane są w czasie poniżej jednej pikosekundy, a uzyskana dokładność w rozpoznawaniu cyfr ręcznie pisanych (benchmark MNIST) przekroczyła 91%, co stanowi standardowy test dla systemów AI.
„Nasza praca pokazuje, jak fundamentalne badania w dziedzinie nieliniowej optyki światłowodowej mogą inspirować nowe podejścia do obliczeń” – wyjaśniają liderzy zespołu: profesorowie Goëry Genty, John Dudley i Daniel Brunner. „Łącząc fizykę z uczeniem maszynowym, otwieramy nowe drogi do ultraszybkiego i energooszczędnego sprzętu AI.”
System działa poprzez przesyłanie impulsów laserowych o wielu długościach fali przez światłowody o przekroju mniejszym niż ludzki włos. Informacje są kodowane poprzez wprowadzanie odpowiednich opóźnień między tymi długościami fali na podstawie danych obrazowych. W trakcie przemieszczania się światła przez światłowód, nieliniowa interakcja pomiędzy światłem a szkłem przekształca widmo w sposób, który zachowuje i przetwarza zakodowane informacje.
Co ciekawe, zespół odkrył, że najlepsze wyniki nie pojawiały się przy maksymalizacji nieliniowych interakcji, lecz przy znalezieniu precyzyjnej równowagi w złożoności systemu. To spostrzeżenie może mieć kluczowe znaczenie dla dalszego rozwoju fotonowych systemów obliczeniowych.
Obecnie naukowcy pracują nad budową zintegrowanych układów optycznych, które będą mogły działać w czasie rzeczywistym poza laboratorium. Jeśli się to powiedzie, technologia ta może zrewolucjonizować przetwarzanie AI, radykalnie obniżając zużycie energii i zwiększając prędkość obliczeń o rzędy wielkości w porównaniu z obecnymi systemami elektronicznymi.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Optics Letters w artykule zatytułowanym „Limits of nonlinear and dispersive fiber propagation for an optical fiber-based extreme learning machine”.