Aivojen toimintoja matkivista keinotekoisiin neuroverkkoihin perustuvista syväoppimisen tietokonejärjestelmistä on tullut kuuma aihe tietotekniikassa. Ne mahdollistavat kasvojen ja äänentunnistuksen ja ne voisivat käydä läpi valtavia määriä potilastietoja löytääkseen hyödyllisiä diagnostisia malleja tai skannata kemiallisia kaavoja mahdollisille uusille lääkkeille.
Mutta näiden järjestelmien laskennat ovat toteutukseltaan hyvin monimutkaisia ja vaativia jopa tehokkaimmille perinteisille tietokoneille. Monet tutkijat ovat vuosien mittaan esittäneet käyttää tällaisen laskennan toteuttamisen sähkön sijasta valoa. Monet niistä ovat kuitenkin osoittautuneet ylioptimistisiksi.
Vuosien tutkimuksien jälkeen MIT:ssä eli Massachusetts Insitute of Technologyssä toiminut ryhmä on keksinyt sopivan tavan toteuttaa näitä toimintoja optisesti. - Kerran viritettynä tämä nanofotoninen prosessori voi suorittaa matriisien kertomista periaatteessa nollateholla, ja lähes välittömästi” toteaa professori Marin Soljačić. - Olemme osoittaneet ratkaisevia rakennelohkoja, mutta emme vielä koko järjestelmää.
Tietyllä tavalla jopa tavalliset silmälasit suorittavat kompleksista laskentaa (ns. Fourier-muunnos) niiden läpi kulkeville valoaalloille. Uuden nanofotonisen sirun toimintatapa on paljon yleisempi, mutta sillä on sama perusperiaate. Siinä käytetään useita valonsäteitä muodostamaan interferenssikuvioita, jotka välittävät aiotun toiminnan tuloksen.
Ohjelmoitava nanofotoniikan prosessori käyttää aaltojohtojen ryhmää, jotka on kytketty toisiinsa siten, että niitä voidaan muokata tarpeen mukaan, ohjelmoiden joukon säteitä tiettyyn laskentaan.
Ryhmän täysi ehdotus kutsuu laitteen lomitettuja kerroksia, jotka soveltavat operaatiota eli epälineaarisia aktivointifunktioita. Tämä vastaa neuronien toimintaa aivoissa.
Demonstroidakseen konseptiaan ryhmä asetti prosessorinsa toteuttamaan hermoverkon, joka tunnistaa neljä perusvokaaliäännettä. Vaikka tämä on alkeellinen järjestelmä, he pystyivät saavuttamaan 77-prosenttisen tarkkuustason. - Ei ole olemassa mitään merkittäviä esteitä skaalata järjestelmää suurempaan tarkkuuteen, toteaa Soljačić.
Ohjelmoitavalla nanofotoniikan prosessorilla voi olla muitakin sovelluksia kuten signaalinkäsittelyä datasiirrolle tai turvajärjestelmät sekä itseajavat autot ja helikopterit toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 27.6.2017
