מטא-מבנה פוטוני עושה כפל וקטור-מטריקס - עולם הפיזיקה

פלטפורמת פוטוניקת סיליקון חדשה שיכולה לבצע פעולות מתמטיות ביעילות רבה יותר מאשר עיצובים קודמים נחשפה על ידי נאדר אנגטה ועמיתים באוניברסיטת פנסילבניה. הצוות בארה"ב מקווה שהמערכת שלו תאיץ את ההתקדמות בתחום המחשוב האופטי.

מחשבים אופטיים אנלוגיים יכולים לבצע חישובים מסוימים ביעילות רבה יותר ממחשבים דיגיטליים רגילים. הם פועלים על ידי קידוד מידע לאותות אור ולאחר מכן שליחת האותות דרך רכיבים אופטיים המעבדים את המידע. היישומים כוללים הדמיה אופטית, עיבוד אותות ופתרון משוואות.

חלק מהרכיבים הללו יכולים להיות עשויים ממטא-חומרים פוטוניים, המכילים מערכים של מבנים בגדלים שווים או קטנים מאורך הגל של האור. על ידי שליטה קפדנית על הגודל וההפצה של מבנים אלה, ניתן ליצור רכיבים שונים לעיבוד מידע.

שלא כמו העדשות והפילטרים המגושמים ששימשו ליצירת המחשבים האופטיים האנלוגיים הראשונים, מכשירים המבוססים על מטא-חומרים פוטוניים קטנים יותר וקלים יותר לשילוב במעגלים קומפקטיים.

פעולות מתמטיות

במהלך העשור האחרון, הצוות של Engheta תרם מספר תרומות חשובות לפיתוח רכיבים כאלה. החל משנת 2014, הם הראו שניתן להשתמש במטא-חומרים פוטוניים לביצוע פעולות מתמטיות על אותות אור.

מאז הם הרחיבו על המחקר הזה. "בשנת 2019, הצגנו את הרעיון של מטא-חומרים שיכולים לפתור משוואות", אומר Engheta. "ואז בשנת 2021, הרחבנו את הרעיון הזה למבנים שיכולים לפתור יותר ממשוואה אחת בו זמנית." בשנת 2023, הצוות פיתח גישה חדשה לייצור מטאגרציות אופטיות דקות במיוחד.

Engheta ועמיתיו שמו כעת את הכוונת שלהם לכפל וקטור-מטריקס, שהוא פעולה חיונית עבור רשתות עצבים מלאכותיות המשמשות בכמה מערכות בינה מלאכותית. הצוות יצר את הננו-מבנה הפוטוני הראשון המסוגל לבצע כפל וקטור-מטריקס. החומר נעשה באמצעות פלטפורמת סיליקון פוטוניקה (SiPh) המשלבת רכיבים אופטיים על גבי מצע סיליקון.

עיצוב הפוך

החוקרים השתמשו גם בהליך עיצוב הפוך. במקום לקחת ננו-מבנה ידוע ולקבוע אם יש לו את המאפיינים האופטיים הנכונים, עיצוב הפוך מתחיל עם קבוצה של מאפיינים אופטיים רצויים. לאחר מכן, מבנה פוטוני עובר הנדסה לאחור כדי לקבל את התכונות הללו. באמצעות גישה זו, הצוות עיצב חומר קומפקטי ביותר המתאים לביצוע הכפלות וקטור-מטריקס עם אור.

"על ידי שילוב שיטת העיצוב ההפוכה עם פלטפורמת SiPh, נוכל לתכנן מבנים בגדלים בסדר גודל של 10-30 מיקרון, עם עובי סיליקון שנע בין 150-220 ננומטר", מסביר Engheta.

הצוות אומר שהפלטפורמה הפוטונית החדשה שלו יכולה לעשות כפל וקטור-מטריקס ביעילות רבה יותר מטכנולוגיות קיימות. Engheta מציינת גם שהפלטפורמה מאובטחת יותר ממערכות קיימות. "מכיוון שחישוב הכפל הווקטור-מטריצה ​​הזה נעשה באופן אופטי ובו-זמנית, אין צורך לאחסן את המידע בשלב הביניים. לכן, התוצאות והתהליכים פחות פגיעים לפריצה".

הצוות צופה שלגישתם יהיו השלכות חשובות על אופן יישום הבינה המלאכותית.

המחקר מתואר ב Nature Photonics.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/photonic-metastructure-does-vector-matrix-multiplication/