Polacy opracowali sieć neuronową wykorzystując „masywne” fotony

Opublikowano: 28.03.2021 | Kategorie: Nauka i technika, Wiadomości ze świata

Liczba wyświetleń: 1174

Zespół kierowany przez Polaków jako pierwszy na świecie zbudował sieć neuronową (sztuczny neuron) opartą o “masywne” fotony – cząstki światła zachowujące się tak, jakby miały masę (tzw. polarytony). Badacze mają nadzieję, że wykorzystanie światła w obliczeniach sztucznej inteligencji jest szansą na duże oszczędności energii.

Sztuczne sieci neuronowe używane są dziś w coraz większej liczbie zastosowań: w rozpoznawaniu mowy i głosu, obrazów, w tłumaczeniu tekstów, w sterowaniu pojazdami autonomicznymi. “Ilość danych, które chcemy przetwarzać, rośnie, a moc obliczeniowa potrzebna sieciom neuronowym jest bardzo duża i osiąga już limity. Poza tym do przetwarzania tych danych potrzebna jest ogromna ilość energii. Warto zastanowić się więc nad nowymi technologiami” – mówi w rozmowie z PAP prof. Michał Matuszewski z Instytutu Fizyki PAN.

Jego zdaniem nadzieją jest tu przechodzenie z urządzeń elektronicznych – działających za sprawą elektronów – do urządzeń, które wykorzystywać będą fotony, a więc cząstki światła. “Fotony są o tyle dobre, że – w przeciwieństwie do elektronów – ich propagacja odbywa się właściwe bez strat energii” – mówi prof. Matuszewski. Zwraca uwagę, że od dawna stosuje się już tę ideę w telekomunikacji – do przesyłania informacji na duże odległości wykorzystywane są przecież światłowody, a nie elektroniczne kable. Światło jednak cały czas nie jest jeszcze stosowane w wykonywaniu obliczeń komputerowych

Fotony są o tyle trudne do wykorzystania w obliczeniach, że – w przeciwieństwie do elektronów – nie oddziałują ze sobą. A takie oddziaływania przydają się choćby do wykonywania operacji w tradycyjnych bramkach logicznych. Naukowcy z FUW – jako pierwsi na świecie – zbudowali sieć neuronową, której działanie jest oparte o fotony zachowujące się tak, jakby miały masę (kwazicząstki – tzw. polarytony). Badania ukazały się w czasopiśmie naukowym “Nano Letters” (https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04696 ).

“My w swoich badaniach proponujemy rozwiązanie, które jest hybrydą elektroniki i fotoniki. Sieci neuronowe, które zaprojektowaliśmy, mają niskie zużycie energii, ale pozwalają wykonywać operacje z dużą skutecznością” – mówi prof. Michał Matuszewski.

W badaniach Polaków fotony więzione są w tzw. mikrownękach optycznych – wpuszcza się je pomiędzy dwa supergładkie lustra. “W takich warunkach można sprawić, że zachowują się jak cząstki z bardzo małą masą. Dołożenie do tego elektronów powoduje, że one mogą ze sobą oddziaływać. Fotony takie nazywamy polarytonami. Mamy więc tam silne oddziaływanie światła z materią” – mówi współautorka pracy dr hab. Barbara Piętka.

“Światło to wykorzystaliśmy do nauki rozpoznawania wzorców” – mówi PAP Michał Matuszewski. I opisuje, że sieć optyczną nauczono rozpoznawania odręcznie pisanych cyfr (tzw. baza MNIST) ze skutecznością 96 proc. A to znaczy, że sztuczny neuron myli odręcznie napisane cyfry tylko raz na 25 prób. A podczas wykonywania jednej operacji zużywa bardzo mało energii – zaledwie 16 pikodżuli.

“To na razie prototyp. Zrealizowaliśmy sztuczny neuron, a konkretnie 1 bramkę logiczną XOR, która wykonuje operacje w sposób sekwencyjny – jedna po drugiej” – mówi prof. Matuszewski.

Pierwszy autor publikacji Rafał Mirek dodaje, że bramka XOR jest bramką wykonującą operacje logiczne. Jest ona jednak o tyle szczególna, że to bramka nieliniowa. “Na układzie, w którym wykonaliśmy naszą bramkę, możemy zrealizować dowolną inną bramkę logiczną i wykonywać przeróżne operacje logiczne” – zwraca uwagę.

A kolejny autor pracy, Andrzej Opala dodaje: “Światło i materię mieszamy po to, żeby oddziaływania, które powstają w układzie, miały charakter nieliniowy. Nieliniowość ta jest niezbędna do efektywnej realizacji sztucznego neuronu”.

Prof. Barbara Piętka uszczegóławia, że polarytony mają – w odróżnieniu od zwykłych fotonów – bardzo małą (ale niezerową) masę. Przez to następuje tam przejście do tzw. kondensatu Bosego-Einsteina. “Mówi się, że kondensat Bosego-Einsteina to piąty stan materii: po ciele stałym, cieczy, gazie czy plazmie. To układ, w którym cząstki – a dokładniej bozony, wykazują nowe własności kwantowe. Przejście do tego stanu jest silnie nieliniowe” – opowiada.

Na razie eksperymenty zespołu wykonywane są w temperaturach ciekłego helu. “Pracujemy już nad układami działającymi w temperaturze pokojowej. Jesteśmy przekonani, że to da się zrobić. A jest to ważny warunek, żeby rozwiązanie mogło znaleźć praktyczne zastosowanie w technologii” – mówi jeden z autorów badania, dr inż. Krzysztof Tyszka.

Naukowiec zapytany jak sobie wyobraża – w odległej przyszłości – praktyczne zastosowania fotonicznych sieci neuronowych, odpowiada: “na końcu drogi chcielibyśmy, stworzyć scalony układ fotoniczno-elektroniczny, który można byłoby np. wykorzystać jako układ sterowania samochodu autonomicznego. Takie układy mogłyby przetwarzać informacje o warunkach na drodze znacznie efektywniej niż dotychczas – przy niskim zużyciu energii, bez potrzeby łączenia się z Internetem”.

Autorstwo: Ludwika Tomala
Źródło: NaukawPolsce.PAP.pl


TAGI:

Poznaj plan rządu!

OD ADMINISTRATORA PORTALU

Hej! Cieszę się, że odwiedziłeś naszą stronę! Naprawdę! Jeśli zależy Ci na dalszym rozpowszechnianiu niezależnych informacji, ujawnianiu tego co przemilczane, niewygodne lub ukrywane, możesz dołożyć swoją cegiełkę i wesprzeć "Wolne Media" finansowo. Darowizna jest też pewną formą „pozytywnej energii” – podziękowaniem za wiedzę, którą tutaj zdobywasz. Media obywatelskie, jak nasz portal, nie mają dochodów z prenumerat ani nie są sponsorowane przez bogate korporacje by realizowały ich ukryte cele. Musimy radzić sobie sami. Jak możesz pomóc? Dowiesz się TUTAJ. Z góry dziękuję za wsparcie i nieobojętność!

Poglądy wyrażane przez autorów i komentujących użytkowników są ich prywatnymi poglądami i nie muszą odzwierciedlać poglądów administracji "Wolnych Mediów". Jeżeli materiał narusza Twoje prawa autorskie, przeczytaj informacje dostępne tutaj, a następnie (jeśli wciąż tak uważasz) skontaktuj się z nami! Jeśli artykuł lub komentarz łamie prawo lub regulamin, powiadom nas o tym formularzem kontaktowym.

2 komentarze

  1. Fenix 29.03.2021 08:58

    Mam rozumieć że wypuszczony foton i odbity w lustrach w obwodzie o torze nielinowym, tworzy materię w przestrzeni , którą jest 100 % skupionej materii fotonu ,lub rozproszonej z powielania odbitego fotonu w nieskończoność. Elektron spaja materię , a przekaźnikiem informacji jest neutron?

  2. Punkt Zero 29.03.2021 11:08

    #Fenix, nie mówię że wiem, ale wyczuwam, że jest jeszcze coś podobnego do fotonu, ale dużo mniejszego i jest nośnikiem informacji, to nieodkryte coś jest całkowicie posłuszne naszej woli i łączy nas ze źródłem, cokolwiek to jest…

Dodaj komentarz

Zaloguj się aby dodać komentarz.
Jeśli już się logowałeś - odśwież stronę.