Optik Sinir Motoru, ışık hesaplamayı ve sinir ağlarını bir araya getiriyor

Bilgisayar

Teknolojik Yenilik Web Sitesi Editör Ekibi - 23/06/2025

Kısmi diferansiyel denklemle kodlanmış bir dalga, bileşenler serisinden geçerken özellikleri kademeli olarak değişir ve dönüşür, ta ki sonunda o denklemin çözümünü temsil edene kadar. [Görsel: Gao Lab/Utah Üniversitesi]

Optik hesaplama

Fotonik hesaplama veya elektrik yerine ışıkla hesaplama şaka değil; örneğin, ışık işlemcileri yapay zeka için gereken tüm hesaplamaları halihazırda yapıyor ve bunu %100 doğrulukla yapıyorlar.

Ancak bunların hepsi çok yeni ve henüz hangi ışık platformlarının veya fotonik işlemcilerin baskın olacağını tam olarak bilmiyoruz. Bir alternatif, kısmi diferansiyel denklemler gibi çok karmaşık denklem kümelerini anında çözen, çoklu ışık duyarlı katmanlarda yazılmış evrişimli sinir ağlarına dayanmaktadır. Ve bunlar birçok pratik problem için önemli olan denklemlerdir, ancak dijital bilgisayarlar kullanıldığında hesaplama açısından çok yoğun olurlar.

ABD'deki Utah Üniversitesi'nden Yingheng Tang ve meslektaşları, kırınımlı optik sinir ağları ile optik matris çarpanlarını birleştiren bir mimari olan "optik sinir motoru" adını verdikleri bir şey yarattılar.

Kısmi diferansiyel denklemler dijital olarak temsil edilmek yerine, bir malzemenin optik özelliklerindeki değişimler olarak temsil edilirler, metamalzeme teknikleri kullanılarak inşa edilmiş bir plaka. Bu plakalardan birkaçı daha sonra seri olarak yerleştirilir ve araştırmacıların metatronik ağ adını verdiği şeyi oluşturur - her ağ belirli bir denklemi çözmek için uyarlanmıştır.

Değişkenler, ışık dalgasının yoğunluğu ve fazı gibi çeşitli özellikleriyle temsil edilir. Bir dalga kısmi diferansiyel denklemin optik bileşenleri serisinden geçerken, bu özellikler kademeli olarak değişir ve modifiye olur, ta ki sonunda girdide verilen denklemin çözümünü temsil eden yapının diğer tarafında ortaya çıkana kadar.

Navier-Stokes ve Maxwell denklemlerini çözmede optik cihazın kullanımı. [Resim: Yingheng Tang ve diğerleri - 10.1038/s41467-025-59847-3]

Işıkla denklemleri çözmek

Kısmi diferansiyel denklemleri çözmek için şu anda kullanılan makine öğrenimi ve dijital sinir ağı teknikleri, denklemin her biri bir sonraki düğüme geçerken çıktısını ağırlıklandıran bir hesaplama düğümleri ağından geçirilmesini içerir. Sinyal ağdan geçerken, doğru çözüm daha fazla ağırlıklandırılır ve sonunda çıktı haline gelir.

Şimdiki fark ise her şeyin, ışığın içinden geçmesiyle farklı şekilde ilgilenen farklı katmanlar olan fotonik aygıtlarla yapılması. Ekip bunlara ONE ( Optik Sinir Motoru ) adını veriyor ve temelde analog hesaplama yapıyor.

Profesör Weilu Gao, "ONE, konum ve zamanın bir fonksiyonu olan girdi fiziksel niceliğinin uzaysal-zamansal verilerini, konum ve zamanın bir fonksiyonu olarak çıktı fiziksel niceliğinin uzaysal-zamansal verilerini tahmin etmek için kullanır" şeklinde açıklıyor.

Ekip, Darcy akısı denklemi, demanyetizasyondaki manyetostatik Poisson denklemi ve sıkıştırılamaz akışkanlardaki Navier-Stokes denklemi de dahil olmak üzere çeşitli kısmi diferansiyel denklemler üzerinde ONE'ın yeteneklerini gösterdi.

Gao, "Örneğin Darcy akış denklemi, bir akışkanın gözenekli bir ortamda akışını tanımlar," diye açıkladı. "Verilen bir ortamdaki geçirgenlik ve basınç alanları hakkında veri verildiğinde, ONE mimarisi esasen bu nitelikler arasındaki eşlemeyi öğrenir ve deneyler yapmak zorunda kalmadan akış özelliklerini tahmin edebilir."

Cihazın temel araştırmalardan mühendislik uygulamalarına kadar çeşitli alanlarda hemen kullanıma sunulması bekleniyor. Gao, "Bu araştırma, jeoloji ve çip tasarımı gibi büyük ölçekli bilimsel ve mühendislik hesaplamaları için çok yönlü ve güçlü bir platform sağlıyor" dedi.

Diğer haberler:

Daha fazla konu