پردازش اطلاعات در یک چشم به هم زدن؛ این نورون لیزری یک میلیارد بار سریع‌تر از نمونه طبیعی است

محققان یک نورون مصنوعی مبتنی بر لیزر طراحی کرده‌اند که قادر است عملکردهای پیچیده یک نورون بیولوژیکی را شبیه‌سازی کند و داده‌ها را با سرعتی یک میلیارد برابر سریع‌تر از نمونه طبیعی پردازش کند.

این فناوری نوآورانه با پردازش فوق‌سریع داده‌ها و کاهش مصرف انرژی، می‌تواند تحولات عظیمی در حوزه هوش مصنوعی و سیستم‌های محاسباتی پیشرفته ایجاد کند.

نورون‌های مصنوعی مبتنی بر لیزر

بر گزارش SciTechDaily، دانشمندان موفق به ساخت یک نورون مصنوعی مبتنی بر لیزر شده‌اند که عملکرد و دینامیک نورون‌های طبیعی را شبیه‌سازی کرده و قابلیت پردازش اطلاعات را دارد. این نورون مصنوعی با سرعت پردازش سیگنال ۱۰ گیگاباود (۱۰ میلیارد نمونه در ثانیه) عمل می‌کند که تقریباً یک میلیارد برابر سریع‌تر از نورون‌های طبیعی است.

دکتر «چائوران هوانگ» از دانشگاه چینی هنگ‌کنگ، سرپرست این تیم تحقیقاتی، اعلام کرد:

نورون لیزری ما محدودیت‌های سرعت در نورون‌های فوتونیکی امروزی را پشت سر گذاشته و امکان عملکرد حتی سریع‌تر را نیز دارد. با استفاده از دینامیک غیرخطی نورونی و پردازش سریع، سیستمی برای محاسبات مخزنی ایجاد کردیم که عملکرد استثنایی در وظایف هوش مصنوعی مانند شناسایی الگوها و پیش‌بینی توالی‌ها نشان می‌دهد.

در آزمایش‌ها، این نورون لیزری با سرعت ۱۰ گیگاباود توانست داده‌های ۱۰۰ میلیون ضربان قلب یا ۳۴.۷ میلیون تصویر دیجیتال دست‌نویس را تنها در یک ثانیه پردازش کند.

این فناوری می‌تواند در برنامه‌های حیاتی که نیاز به تصمیم‌گیری سریع دارند، دقت بالایی ارائه دهد. دکتر هوانگ افزود:

امیدواریم ادغام این فناوری در دستگاه‌های پردازش لبه‌ای (Edge Computing) به توسعه سیستم‌های هوشمندتر و سریع‌تر با مصرف انرژی کمتر کمک کند.

غلبه بر محدودیت‌های نورون‌های فوتونیکی اسپایکینگ

نورون‌های مصنوعی مبتنی بر لیزر به دلیل سرعت پردازش بسیار بالا و مصرف انرژی کم، گزینه‌ای ایده‌آل برای گام بعدی محاسبات پیشرفته هستند. با این حال، نسخه‌های قبلی این فناوری که به عنوان نورون‌های فوتونیکی اسپایکینگ شناخته می‌شوند، با محدودیت سرعت و از نشت اطلاعات مواجه بودند.

محققان برای غلبه بر این مشکلات، به جای استفاده از روش تزریق پالس ورودی به بخش تقویت لیزر، داده‌های ورودی را با استفاده از سیگنال‌های رادیویی به بخش جذب اشباع‌شده لیزر کوانتوم-نقطه استفاده تزریق کردند. این روش باعث کاهش تأخیر و افزایش سرعت پاسخ‌دهی نورون شد.

محاسبات مخزنی (Reservoir Computing) با سرعت بالا

محققان همچنین یک سیستم محاسبات مخزنی بر اساس این نورون لیزری طراحی کردند که برای پردازش داده‌های وابسته به زمان مانند شناسایی گفتار و پیش‌بینی آب‌وهوا مناسب است.

در آزمایش‌ها، این سیستم عملکرد استثنایی در شناسایی الگوها و پیش‌بینی توالی‌ها، به ویژه پیش‌بینی‌های بلندمدت، از خود نشان داد. برای مثال، این سیستم توانست ۱۰۰ میلیون ضربان قلب در ثانیه را پردازش کند و الگوهای مرتبط با آریتمی قلبی را با دقت ۹۸.۴ درصد شناسایی کند.

دکتر هوانگ اظهار داشت:

ما در این تحقیق تنها از یک نورون لیزری استفاده کردیم، اما باور داریم که اتصال چندین نورون لیزری می‌تواند پتانسیل بیشتری را آزاد کند، مشابه آنچه که مغز انسان با میلیاردها نورون در شبکه‌های پیچیده انجام می‌دهد.

این تیم تحقیقاتی در حال تلاش برای افزایش سرعت پردازش نورون لیزری و توسعه معماری محاسبات مخزنی عمیق با اتصال چند نورون‌های لیزری متصل به یکدیگر است.

در همین رابطه بخوانید:

- سرعت تفکر انسان اندازه‌گیری شد؛ فقط 10 بیت در ثانیه!
- ترانزیستور را فراموش کنید؛ مدار‌های منطقی آینده با نور کار خواهند کرد

نتایج این پژوهش در مجله Optica منتشر شده است.