Syl Kacapyr, Cornell Universiteti

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriOptik hesablamanın məkan mürəkkəbliyinin azaldılması. Kredit: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63453-8

Hesablamaları yerinə yetirmək üçün işığın necə istifadə oluna biləcəyinin nəzəri məhdudiyyətlərini öyrənərək, Kornel tədqiqatçıları enerjiyə qənaət edən optik hesablama sistemlərinin layihələndirilməsi üçün yeni anlayışlar və strategiyalar aşkar etdilər.

Nature Communications -da dərc olunan tədqiqat elektrik enerjisi əvəzinə işıqla işləyən mühəndis kompüterlərinin əsas problemlərindən birini həll edir: bu cihazları praktik olmaq üçün kifayət qədər kiçik etmək. Rəqəmsal kompüterlərdəki alqoritmlər işləmək üçün vaxt və yaddaş tələb etdiyi kimi, işıq əsaslı sistemlər də işləmək üçün resurslar tələb edir, o cümlədən işıq dalğalarının yayılması, qarşılıqlı əlaqədə olması və analoq hesablamalar həyata keçirməsi üçün kifayət qədər fiziki yer tələb edir.

Aparıcı müəlliflər elektrik və kompüter mühəndisliyi kafedrasının dosenti Francesco Monticone və Ph.D Yandong Li. ’23, postdoktoral tədqiqatçı, yerinə yetirdikləri vəzifələr daha mürəkkəbləşdikcə ölçülərinin necə böyüməsi lazım olduğunu təhlil edərək, sərbəst fəza optikası və fotonik sxemlər üçün miqyas qanunlarını ortaya qoydu.

“Optik hesablama xüsusilə enerji səmərəliliyi baxımından güclü ola bilər, lakin təsvirin təsnifatı kimi mənalı süni intellekt tapşırığını yerinə yetirmək üçün bütün otaq qədər böyük optik quraşdırmaya ehtiyacınız varsa, o zaman sizin optik kompüteriniz çox praktik deyil. Nəzərə alın ki, fotonları kiçik məkanlarda məhdudlaşdırmaq elektronlardan daha çətindir”, – Monticone bildirib.

“Biz tapşırığın mürəkkəbliyi, performans və minimum fiziki ölçülər arasındakı əsas mübadilələri başa düşmək və sonra mövcud məkandan optimal şəkildə istifadə edən optik nəticə sistemlərinin layihələndirilməsi yollarını tapmaq istədik.”

Bunu həll etmək üçün tədqiqatçılar, performansa az təsir göstərən lazımsız parametrləri təhlükəsiz şəkildə aradan qaldıran və ya budayan “neyral budama” adlı dərin öyrənmə texnikasından ilham aldılar.

“Biz xüsusi olaraq bu optik cihazların əlaqə modelini təhlil etdik – işıq dalğalarının bütün cihazda necə üst-üstə düşdüyünü və qarşılıqlı təsirini” Li dedi. “Sonra işıq dalğalarının üst-üstə düşməsini cəzalandırmaq üçün dalğa fizikasına əsaslanan optika xüsusi budama üsulları hazırladıq. Bu, bizə minimum dəqiqlik itkisi ilə şəbəkəni xeyli sadələşdirməyə imkan verdi.”

Bu texnikadan istifadə edərək, tədqiqatçılar eyni vəzifəni yerinə yetirən optik hesablama sisteminin adi analoqunun ölçüsünün 1% -dən 10% -ə qədər ola biləcəyini tapdılar. Tədqiqatçılar öz tapıntılarını perspektivə qoymaq üçün ChatGPT kimi böyük dil modellərində xətti əməliyyatları yerinə yetirmək üçün optik kompüterin nə qədər böyük olması lazım olduğunu təxmin etdilər – daha dəqiq desək, 100 milyarddan 2 trilyon parametrə qədər.

Onlar tapdılar ki, boş yer optik quruluşu, prinsipcə, təxminən 1 santimetr qalınlığında bir cihazda bu miqyasda hesablamalar apara bilər. Tədqiqatçıların əvvəlki məqalədə qeyd etdiyi kimi , bu nəzəri həddə yaxınlaşmaq üçün ultra nazik metasəthlər və kosmik lövhələr kimi yeni optik cihazlar perspektivli namizədlər ola bilər .

Tədqiqat həmçinin optik cihaz böyüdükcə nəticə çıxarma dəqiqliyində azalma tendensiyası aşkar etdi, yəni tədqiqatçıların fikrincə, bəzi tətbiqlər üçün cihazın ölçüsü və tapşırıq performansı arasında tarazlıq saxlamaq daha yaxşıdır.

Tam optik kompüterlər çətin uzunmüddətli hədəf olaraq qalsa da, Li və Monticone hibrid sistemlərdə daha çox ani tətbiqlər görürlər, burada işığın sürətli, enerji tutumlu xətti əməliyyatları idarə etməsi və elektronikanın qeyri-xətti funksiyaları, şaxələnmə məntiqini, qərar qəbul etməni və ümumi məqsədli proqramlaşdırma imkanlarını təmin edir.

“Optik kompüterlərin həqiqətən GPU kimi şeyləri əvəz edib-etməyəcəyinə və ya kəskin surətdə sürətləndirəcəyinə şəxsən məni şübhə altına alan ölçüdən başqa məhdudiyyətlər var” dedi Monticone. “Ancaq resursların məhdud kənar ssenarilərində təsvir və hesablama kimi bir çox tətbiq üçün optika çox yaxşı işləyə bilər və biz göstəririk ki, kosmos bəzi insanların qorxduğu darboğaz deyil.”

Daha çox məlumat: Yandong Li və digərləri, Optik hesablamanın məkan mürəkkəbliyi: kosmosdan səmərəli dizayna doğru, Təbiət Əlaqələri (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63453-8

Jurnal məlumatı: Nature Communications Cornell Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir