Важный шаг вперёд в области обработки искусственного интеллекта сделали европейские исследователи, продемонстрировав новый подход к вычислениям, использующий свет вместо электричества для выполнения сложных расчетов с беспрецедентной скоростью.
Прорыв стал результатом сотрудничества команд из Университета Тампере (Финляндия) и Университета Мари и Луи Пастера (Франция), которые успешно применили фемтосекундные лазерные импульсы (в миллиард раз короче вспышки фотоаппарата), направленные через ультратонкие стеклянные волокна, для выполнения вычислений, аналогичных ИИ. Уникальность достижения заключается как в скорости, так и в эффективности процесса — вычисления завершаются менее чем за одну пикосекунду при точности более 91% на эталонном тесте MNIST по распознаванию рукописных цифр, который широко используется для оценки ИИ-систем.
«Эта работа демонстрирует, как фундаментальные исследования в области нелинейной оптики волокон могут привести к новым подходам в вычислениях», — объяснили руководители исследования, профессора Гёри Жанти, Джон Дадли и Даниэль Бруннер. «Объединяя физику и машинное обучение, мы открываем новые пути к сверхбыстрому и энергоэффективному аппаратному обеспечению ИИ».
Система работает за счёт передачи лазерных импульсов с множеством длин волн через оптические волокна с поперечником меньше человеческого волоса. Исследователи кодируют информацию, вводя относительные задержки между этими длинами волн в соответствии с данными изображения. По мере прохождения света через волокно нелинейное взаимодействие между светом и стеклом преобразует спектр таким образом, чтобы сохранять и обрабатывать закодированную информацию.
Интересно, что команда обнаружила: наилучшие результаты достигаются не при максимизации нелинейных взаимодействий, а при точном балансе сложности системы. Это открытие может оказаться ключевым для будущей разработки фотонных вычислительных систем.
В настоящее время исследователи работают над созданием оптических систем на чипе, способных работать в реальном времени вне лабораторных условий. Если им удастся реализовать эту технологию, это может революционизировать обработку ИИ, значительно снизив энергопотребление и увеличив скорость обработки на порядки по сравнению с современными электронными системами.
Результаты исследования опубликованы в журнале Optics Letters в статье «Пределы нелинейного и дисперсионного распространения в волокне для экстремальной обучающей машины на основе оптического волокна».