Fotonik Metayapı Vektör-matris Çarpımı Yapıyor

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Fotonik yenilik: ABD'deki araştırmacılar, vektör-matris çarpımını gerçekleştirebilen optik bir meta malzeme yarattılar. (Nezaket: iStock/Henrik5000)

Matematiksel işlemleri önceki tasarımlardan çok daha verimli bir şekilde yapabilen yeni bir silikon fotonik platformu, tarafından tanıtıldı. Nader Engheta ve Pensilvanya Üniversitesi'ndeki meslektaşları. ABD merkezli ekip, sisteminin optik hesaplamadaki ilerlemeyi hızlandıracağını umuyor.

Analog optik bilgisayarlar belirli hesaplamaları geleneksel dijital bilgisayarlara göre daha verimli bir şekilde yapabilir. Bilgileri ışık sinyallerine kodlayarak ve ardından sinyalleri, bilgiyi işleyen optik bileşenler aracılığıyla göndererek çalışırlar. Uygulamalar arasında optik görüntüleme, sinyal işleme ve denklem çözme yer alır.

Bu bileşenlerin bazıları, ışığın dalga boyuna eşit veya ondan daha küçük boyutlarda yapı dizileri içeren fotonik meta malzemelerden yapılabilir. Bu yapıların boyutu ve dağılımı dikkatle kontrol edilerek çeşitli bilgi işlem bileşenleri yapılabilir.

İlk analog optik bilgisayarları oluşturmak için kullanılan büyük lensler ve filtrelerin aksine, fotonik metamalzemelere dayalı cihazlar daha küçüktür ve kompakt devrelere entegre edilmesi daha kolaydır.

Matematiksel işlemler

Son on yılda Engheta'nın ekibi bu tür bileşenlerin geliştirilmesine birçok önemli katkı yaptı. 2014'ten itibaren fotonik metamateryallerin ışık sinyalleri üzerinde matematiksel işlemler gerçekleştirmek için kullanılabileceğini gösterdiler.

O zamandan beri bu araştırmayı genişlettiler. Engheta, "2019'da denklemleri çözebilecek meta materyaller fikrini ortaya attık" diyor. "Sonra 2021'de bu fikri aynı anda birden fazla denklemi çözebilen yapılara kadar genişlettik." Ekip, 2023 yılında ultra ince optik metagratlamaların üretimi için yeni bir yaklaşım geliştirdi.

Engheta ve meslektaşları artık gözlerini, bazı yapay zeka sistemlerinde kullanılan yapay sinir ağları için hayati bir işlem olan vektör-matris çarpımına diktiler. Ekip, vektör-matris çarpımı yapabilen ilk fotonik nanoyapıyı yarattı. Malzeme, optik bileşenleri bir silikon alt tabakaya entegre eden bir silikon fotonik (SiPh) platformu kullanılarak yapıldı.

Ters tasarım

Araştırmacılar ayrıca ters bir tasarım prosedürü kullandılar. Bilinen bir nanoyapıyı alıp doğru optik özelliklere sahip olup olmadığını belirlemek yerine, ters tasarım, bir dizi istenen optik özellik ile başlar. Daha sonra, bir fotonik yapı bu özelliklere sahip olacak şekilde tersine mühendislik işlemine tabi tutulur. Ekip, bu yaklaşımı kullanarak, ışıkla vektör matris çarpımları yapmaya uygun, son derece kompakt bir malzeme tasarladı.

Polarizasyon anahtarı ultra hızlı fotonik bilgisayar yapar

Engheta şöyle açıklıyor: "Ters tasarım yöntemini SiPh platformuyla birleştirerek, 10-30 mikron civarında boyutlarda ve silikon kalınlığı 150-220 nm arasında değişen yapılar tasarlayabildik."

Ekip, yeni fotonik platformunun vektör-matris çarpımını mevcut teknolojilerden çok daha verimli bir şekilde yapabileceğini söylüyor. Engheta ayrıca platformun mevcut sistemlerden daha güvenli olduğuna da dikkat çekiyor. "Bu vektör-matris çarpımı hesaplaması optik olarak ve eşzamanlı olarak yapıldığından, ara aşama bilgilerinin saklanmasına gerek yoktur. Bu nedenle sonuçlar ve süreçler hacklenmeye karşı daha az savunmasızdır."

Ekip, yaklaşımlarının yapay zekanın nasıl uygulandığı konusunda önemli sonuçlar doğuracağını öngörüyor.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Doğa Fotonik.