نورون لیزری انقلاب در پردازش داده‌های هوش مصنوعی

به گزارش خبرنگار علمی و فناوری خبرگزاری برنا، محققان موفق به طراحی یک نورون مصنوعی مبتنی بر لیزر شده‌اند که تمامی عملکردها، دینامیک‌ها و پردازش‌های اطلاعاتی یک نورون بیولوژیکی را شبیه‌سازی می‌کند.

این نورون مصنوعی با سرعت پردازش سیگنال ۱۰ گیگابائود، یک میلیارد برابر سریع‌تر از نمونه‌های طبیعی خود، می‌تواند پیشرفت‌های چشمگیری در حوزه‌هایی مانند هوش مصنوعی و محاسبات پیشرفته به همراه داشته باشد.

در بدن انسان، نورون‌های مختلفی وجود دارند که از جمله آن‌ها، نورون‌های گریدی هستند. این نورون‌ها اطلاعات را از طریق تغییرات پیوسته در پتانسیل غشایی پردازش می‌کنند و امکان پردازش سیگنال‌های دقیق و ظریف را فراهم می‌آورند.

در مقابل، نورون‌های بیولوژیکی اسپایکینگ اطلاعات را به صورت پتانسیل‌های عمل "همه یا هیچ" منتقل می‌کنند که نوعی ارتباط دودویی محسوب می‌شود.

به گفته «چارون هوانگ»، رهبر تیم تحقیقاتی از دانشگاه چینی هنگ‌کنگ: «نورون گریدی لیزری ما بر محدودیت‌های سرعت نورون‌های اسپایکینگ فوتونیکی فعلی غلبه کرده و پتانسیل عملکرد با سرعتی حتی بالاتر را داراست. با بهره‌گیری از دینامیک‌های غیرخطی مشابه نورون و پردازش سریع، ما یک سیستم محاسباتی مبتنی بر مخزن ساختیم که عملکردی استثنایی در وظایف هوش مصنوعی مانند شناسایی الگو و پیش‌بینی توالی ارائه می‌دهد.»

این محققان در مجله Optica گزارش دادند که نورون لیزری مبتنی بر نقاط کوانتومی آن‌ها توانسته است به سرعت پردازش سیگنال ۱۰ گیگابائود دست یابد. این فناوری قادر به پردازش داده‌های ۱۰۰ میلیون ضربان قلب یا ۳۴.۷ میلیون تصویر دیجیتال دست‌نویس در تنها یک ثانیه است.

هوانگ گفت: «تکنولوژی ما می‌تواند تصمیم‌گیری‌های هوش مصنوعی را در کاربردهای حساس به زمان تسریع کند، در حالی که دقت بالایی را حفظ می‌کند. ما امیدواریم ادغام این فناوری در دستگاه‌های پردازش داده در محل (edge computing) به سیستم‌های هوش مصنوعی سریع‌تر و هوشمندتری کمک کند که کاربردهای واقعی را با مصرف انرژی کمتر بهبود دهند.»

سرعت بالاتر نورون‌های لیزری

نورون‌های مصنوعی مبتنی بر لیزر، که به سیگنال‌های ورودی به شکلی مشابه نورون‌های بیولوژیکی پاسخ می‌دهند، به دلیل سرعت فوق‌العاده در پردازش داده‌ها و مصرف انرژی کم، به عنوان راهکاری برای بهبود چشمگیر محاسبات مطرح شده‌اند.

با این حال، اکثر نورون‌های مصنوعی توسعه‌یافته تا کنون از نوع نورون‌های فوتونیکی اسپایکینگ بوده‌اند. این نورون‌ها به دلیل سرعت محدود، از دست رفتن اطلاعات و نیاز به منابع لیزری و مدولاتورهای اضافی، چالش‌هایی دارند.

محدودیت سرعت نورون‌های اسپایکینگ فوتونیکی ناشی از آن است که معمولاً با تزریق پالس‌های ورودی به بخش گین لیزر کار می‌کنند که باعث تأخیر در پاسخ نورون می‌شود.

در مقابل، محققان در نورون گریدی لیزری خود از رویکرد متفاوتی استفاده کردند. آن‌ها سیگنال‌های فرکانس رادیویی را به بخش جذب اشباع‌پذیر لیزر تزریق کردند که این تأخیر را برطرف کرد. همچنین، با طراحی پدهای فرکانس رادیویی با سرعت بالا برای این بخش، یک سیستم سریع‌تر، ساده‌تر و کم‌مصرف‌تر ایجاد کردند.

پردازش پیشرفته با سیستم مخزن

برای نمایش قابلیت‌های نورون گریدی لیزری، محققان از آن برای ساخت یک سیستم محاسباتی مخزن استفاده کردند. این روش محاسباتی، داده‌های وابسته به زمان مانند اطلاعات تشخیص گفتار و پیش‌بینی آب‌وهوا را پردازش می‌کند.

در آزمایش‌ها، این سیستم عملکرد عالی در شناسایی الگوها و پیش‌بینی توالی‌ها، به‌ویژه پیش‌بینی‌های بلندمدت، در برنامه‌های مختلف هوش مصنوعی با سرعت پردازش بالا نشان داد.

به عنوان مثال، این سیستم توانست ۱۰۰ میلیون ضربان قلب را در هر ثانیه پردازش کند و الگوهای آریتمیک را با دقت متوسط ۹۸.۴ درصد شناسایی کند.

هوانگ گفت: «در این تحقیق، ما از یک نورون گریدی لیزری استفاده کردیم، اما باور داریم که با اتصال چندین نورون گریدی لیزری، پتانسیل بیشتری آزاد خواهد شد، درست مانند مغز که میلیاردها نورون را در شبکه‌های خود با هم به کار می‌گیرد. ما در حال کار بر روی بهبود سرعت پردازش نورون لیزری خود و همچنین توسعه معماری محاسبات مخزن عمیق با استفاده از نورون‌های گریدی لیزری متصل به یکدیگر هستیم.»

انتهای پیام/