فراساختار فوتونیک ضرب بردار-ماتریس - دنیای فیزیک را انجام می دهد

یک پلت فرم جدید فوتونیک سیلیکونی که می تواند عملیات ریاضی را بسیار کارآمدتر از طرح های قبلی انجام دهد توسط نادر انگتا و همکارانش در دانشگاه پنسیلوانیا. تیم مستقر در ایالات متحده امیدوار است که سیستم آن پیشرفت در محاسبات نوری را تسریع کند.

کامپیوترهای نوری آنالوگ می توانند محاسبات خاصی را با کارایی بیشتری نسبت به کامپیوترهای دیجیتال معمولی انجام دهند. آنها با رمزگذاری اطلاعات در سیگنال های نوری و ارسال سیگنال ها از طریق اجزای نوری که اطلاعات را پردازش می کنند، کار می کنند. برنامه های کاربردی شامل تصویربرداری نوری، پردازش سیگنال و حل معادله است.

برخی از این اجزا را می توان از فرامواد فوتونیک ساخت که دارای آرایه هایی از ساختارها با اندازه های همتراز یا کوچکتر از طول موج نور هستند. با کنترل دقیق اندازه و توزیع این ساختارها، می توان اجزای مختلف پردازش اطلاعات را ساخت.

برخلاف لنزها و فیلترهای حجیمی که برای ایجاد اولین کامپیوترهای نوری آنالوگ استفاده شد، دستگاه‌های مبتنی بر فرامواد فوتونی کوچک‌تر هستند و ادغام آنها در مدارهای فشرده آسان‌تر است.

عملیات ریاضی

در دهه گذشته، تیم Engheta چندین سهم مهم در توسعه چنین اجزایی داشته است. با شروع در سال 2014، آنها نشان دادند که فرامواد فوتونیک را می توان برای انجام عملیات ریاضی روی سیگنال های نور استفاده کرد.

آنها از آن زمان به این تحقیق پرداختند. انگتا می‌گوید: «در سال 2019، ما ایده فراموادی را معرفی کردیم که می‌توانند معادلات را حل کنند. سپس در سال 2021، ما این ایده را به ساختارهایی تعمیم دادیم که می توانند همزمان بیش از یک معادله را حل کنند. در سال 2023، این تیم رویکرد جدیدی را برای ساخت ابرگره‌بندی‌های نوری بسیار نازک توسعه داد.

انگتا و همکارانش اکنون به ضرب ماتریس بردار توجه کرده‌اند که یک عملیات حیاتی برای شبکه‌های عصبی مصنوعی مورد استفاده در برخی از سیستم‌های هوش مصنوعی است. این تیم اولین نانوساختار فوتونی را ایجاد کرده است که قادر به انجام ضرب بردار-ماتریس است. این ماده با استفاده از یک پلت فرم فوتونیک سیلیکونی (SiPh) ساخته شد که اجزای نوری را روی یک بستر سیلیکونی ادغام می‌کند.

طراحی معکوس

محققان همچنین از یک روش طراحی معکوس استفاده کردند. به جای استفاده از یک نانوساختار شناخته شده و تعیین اینکه آیا دارای خواص نوری صحیح است، طراحی معکوس با مجموعه ای از خواص نوری مورد نظر آغاز می شود. سپس، یک ساختار فوتونیک مهندسی معکوس می شود تا آن ویژگی ها را داشته باشد. با استفاده از این رویکرد، تیم یک ماده بسیار فشرده را طراحی کرد که برای انجام ضرب ماتریس برداری با نور مناسب است.

انگتا توضیح می‌دهد: «با ترکیب روش طراحی معکوس با پلت‌فرم SiPh، می‌توانیم سازه‌هایی با اندازه‌های 10 تا 30 میکرون، با ضخامت سیلیکون بین 150 تا 220 نانومتر طراحی کنیم.

این تیم می‌گوید که پلتفرم فوتونیکی جدید آن می‌تواند ضرب ماتریس بردار را بسیار کارآمدتر از فناوری‌های موجود انجام دهد. انگتا همچنین اشاره می‌کند که این پلتفرم از سیستم‌های موجود نیز امن‌تر است. از آنجایی که این محاسبه ضرب ماتریس برداری به صورت نوری و همزمان انجام می شود، نیازی به ذخیره اطلاعات مرحله میانی نیست. بنابراین، نتایج و فرآیندها کمتر در برابر هک آسیب پذیر هستند.

این تیم پیش بینی می کند که رویکرد آنها پیامدهای مهمی برای نحوه پیاده سازی هوش مصنوعی داشته باشد.

تحقیق در شرح داده شده است طبیعت فوتونیک.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/photonic-metastructure-does-vector-matrix-multiplication/