Los investigadores han creado una red neuronal artificial totalmente óptica multicapa, algo que no se había demostrado con éxito hasta este momento. Existe un gran deseo de crear redes neuronales artificiales ópticas prácticas, ya que son más rápidas y consumen mucha menos energía que las redes basadas en computadoras tradicionales. Estos nuevos desarrollos podrían permitir la computación paralela con luz.
Los investigadores de La Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, Hong Kong, presentó su red neuronal totalmente óptica de dos capas en Optica, la revista de The Optical Society que incluye investigaciones de alto impacto. Los investigadores también mostraron cómo podían aplicar la red a tareas de clasificación complejas.
“Nuestro esquema totalmente óptico podría habilitar una red neuronal que realiza computación paralela óptica a la velocidad de la luz mientras consume poca energía”, dijo Junwei Liu, miembro del equipo de investigación. “Las redes neuronales totalmente ópticas a gran escala podrían usarse para aplicaciones que van desde el reconocimiento de imágenes hasta la investigación científica”.
Estas redes totalmente ópticas funcionan de forma diferente a las redes neuronales ópticas híbridas convencionales que se utilizan actualmente. En esos, los componentes ópticos se utilizan normalmente para operaciones lineales. En las funciones de activación no lineal, aquellas que simulan la forma en que responden las neuronas en el cerebro humano, los componentes ópticos a menudo se implementan electrónicamente. Esto se debe a que la óptica no lineal requiere láseres de alta potencia que son difíciles de implementar en una red neuronal óptica.
Para evitar esto, los investigadores utilizaron átomos fríos con transparencia inducida electromagnéticamente para realizar funciones no lineales.
Shengwang Du, miembro del equipo de investigación, habló sobre los nuevos desarrollos.
“Este efecto inducido por la luz se puede lograr con una potencia de láser muy débil”, dijo. “Debido a que este efecto se basa en interferencia cuántica no linealpodría ser posible extender nuestro sistema a una red neuronal cuántica que podría resolver problemas intratables por métodos clásicos”.
Para probar su nuevo enfoque, el equipo creó una red neuronal óptica completamente conectada de dos capas. La red tiene 16 entradas y dos salidas. Luego usaron su red totalmente óptica para clasificar las fases de orden y desorden de un modelo estadístico de magnetismo. Pudieron concluir que la red neuronal totalmente óptica era tan precisa como una red neuronal entrenada basada en computadora.
El próximo paso para el equipo de investigación es expandir esto a redes neuronales profundas totalmente ópticas a gran escala. Estos pueden tener arquitecturas complejas que están diseñadas para aplicaciones específicas como el reconocimiento de imágenes. Al hacer esto, pueden demostrar que este sistema funciona a escalas mucho mayores.
“Aunque nuestro trabajo es una demostración de prueba de principio, muestra que en el futuro puede ser posible desarrollar versiones ópticas de inteligencia artificial”, dijo Du.
“La próxima generación de hardware de inteligencia artificial será intrínsecamente mucho más rápida y exhibirá un menor consumo de energía en comparación con la inteligencia artificial basada en computadoras de hoy”, agregó Liu.
Para ver más de este tipo de desarrollos en ciencia y tecnología, La Sociedad Óptica (OSA) proporciona publicaciones, reuniones e iniciativas de membresía, investigación y recursos dedicados. Cuentan con una extensa red de expertos en el campo de la óptica y la fotónica. La organización apoya a científicos, ingenieros, estudiantes y líderes empresariales responsables de descubrimientos, aplicaciones y aplicaciones científicas. Su sitio web proporciona varias noticias y actualizaciones de investigación.