ciencia

Ondas sonoras e de luz combinam-se para criar redes neurais avan?adas

A
informática

    A rede de comunicações por fibras ópticas pode ser transformada em sistemas de processamento de inteligência artificial pela computação fotônica.

    A rede neurais ópticas, que usam luz em vez de eletricidade para inteligência artificial, podem fornecer a alta velocidade e grande capacidade necessária para enfrentar as tarefas computacionais atuais e futuras. No entanto, explorar todo o seu potencial exigirá avanços como a reconfigurabilidade dessas redes neurais ópticas, que agora estão começando a aparecer os primeiros processadores de luz programáveis.

    Uma plataforma que permite justamente essa reconfigurabilidade foi apresentada por uma equipe do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz, na Alemanha, e do MIT, nos EUA. Steven Becker e seus colegas estabeleceram as bases para novos componentes neuromórficos reconfiguráveis adicionando uma nova dimensão ao aprendizado de máquina fotônica: ondas sonoras.

    Há vários conceitos futurísticos envolvidos, mas basicamente se trata de dar a uma rede de fibras ópticas a capacidade de processamento, acelerando as coisas e economizando energia. A informação em cada pulso óptico é parcialmente convertida em uma onda acústica inicial, que afeta a segunda e a terceira etapa de processamento de luz-som.

    Transferência de informações para som

    Os pesquisadores usaram luz para criar ondas acústicas temporais em uma fibra óptica, do mesmo tipo usado globalmente para conexões rápidas de internet. Neste passo, a informação transportada por cada pulso óptico é parcialmente convertida em uma onda acústica, de modo que a informação permanece na onda acústica mesmo após o pulso de luz sair da fibra óptica.

    Essa onda acústica inicial afeta uma segunda e uma terceira etapa de processamento de luz-som, com os pulsos de entrada subsequentes transportando informações diferentes das anteriores. Isso ocorre porque as ondas sonoras têm um tempo de transmissão muito mais longo do que o fluxo óptico de informações. Portanto, elas permanecem na fibra óptica por mais tempo e podem ser ligadas a cada etapa de processamento subsequente. Como resultado, as ondas acústicas se conectam em dinâmicas separadas no tempo, servindo como meio de propagação de informações e como depósito para um mecanismo de computação de reserva.

    O elemento chave deste processo é que ele é completamente controlado pela luz, o que o torna muito rápido, além de não necessitar de estruturas e transdutores complicados.

    A expectativa é que, no futuro, o uso de ondas sonoras para redes neurais ópticas crie uma nova classe de computação óptica neuromórfica que possa ser reconfigurada espontaneamente, permitindo a computação na memória em escala grande, rodando direto na atual rede de telecomunicações. Além disso, implementações de redes neurais ópticas em escala de chip podem se beneficiar dessa abordagem, que é implementável em guias de ondas ópticas sem controles eletrônicos adicionais. A quase totalidade dos protôtipos de processadores de luz trabalham com esses guias de ondas, mas são componentes estáticos que precisam ser fabricados para cada função. A reconfigurabilidade muda o jogo a ser jogado.

    Esquema do operador optoacústico recorrente (Oreo) e sua função proposta em uma rede neural óptica recorrente.

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