Optiese stelsel vir vinnige nie-lineêre rekenaars
Kan lig miljoene berekeninge gelyktydig uitvoer sonder ekstra materiale?’n Nuwe optiese stelsel wys hoe dit gedoen kan word.
Die uitvoering van nie-lineêre berekeninge met lig was lank reeds 'n groot uitdaging in optiese rekenaars.Nie-lineêre bewerkings is noodsaaklik vir take soos masjienleer, patroonherkenning en algemene-doel-rekenaars, maar die meeste optiese benaderings sukkel omdat nie-lineêre effekte in materiale tipies swak, stadig is of hoë krag vereis.Hierdie beperking het dit moeilik gemaak om vinnige, kompakte en energiedoeltreffende optiese stelsels te bou wat in staat is om grootskaalse nie-lineêre take te hanteer.
Navorsers by UCLA het hierdie probleem aangespreek deur 'n optiese rekenaarstelsel te ontwikkel wat grootskaalse nie-lineêre berekeninge uitvoer deur slegs lineêre materiale te gebruik.Die stelsel werk deur insetveranderlikes in die fase van liggolwe te enkodeer en dit deur 'n vaste, geoptimaliseerde diffraktiewe argitektuur te stuur wat geheel en al uit lineêre, fase-alleen-lae bestaan.Elke uitsetpixel verteenwoordig 'n ander nie-lineêre funksie, wat digte en parallelle berekening in 'n kompakte optiese opstelling moontlik maak.Hierdie benadering demonstreer dat nie-lineêre berekening uit suiwer lineêre optiese interaksies kan ontstaan wanneer inligting in die fase van lig gestruktureer word.
Die span het beide teoretiese en eksperimentele bewyse vasgestel wat toon dat diffraktiewe verwerkers as universele nie-lineêre funksiebenaderaars kan optree.Hulle kan enige bandbeperkte nie-lineêre funksie realiseer, insluitend multi-veranderlike en kompleks-waarde funksies, en repliseer algemene neurale netwerk aktiverings soos sigmoid, tanh, ReLU en softplus.Numeriese simulasies het die parallelle berekening van een miljoen afsonderlike nie-lineêre funksies teen golflengteskaal ruimtelike digtheid gedemonstreer, en eksperimente met behulp van 'n ruimtelike ligmodulator en 'n beeldsensor het gelyktydige uitvoering van tientalle nie-lineêre funksies bevestig.
Die raamwerk is skaalbaar na groter stelsels met behulp van hoë-resolusie beeldsensors met honderde megapixels, wat moontlik die berekening van honderde miljoene nie-lineêre funksies in parallel moontlik maak.Hierdie benadering kan ultravinnige analoogberekening, neuromorfiese fotonika en hoë-deurset optiese seinverwerking transformeer, wat ingenieurs en navorsers 'n kragtige nuwe metode bied om nie-lineêre berekeninge uit te voer sonder om op nie-lineêre optiese materiale of elektroniese naverwerking staat te maak.
