Circuitos neuronais de spiking totalmente óticos. uma, b, Esquema da rede realizada neste estudo, consistindo em vários neurônios de entrada pré-sináptica e um neurônio de saída pós-sináptica conectado via sinapses PCM. Os picos de entrada são ponderados usando células PCM e somados usando um multiplexador WDM (MUX). Se o poder integrado dos picos pós-sinápticos ultrapassar um certo limite, a célula PCM nos interruptores do ressonador de anel e um pulso de saída (pico neuronal) é gerado. c, Diagrama de circuito fotônico de um neurônio óptico integrado com bloco de símbolos mostrado na inserção (canto superior direito). Vários desses blocos podem ser conectados a redes maiores usando as entradas e saídas de comprimento de onda. d, Micrografia óptica de três neurônios fabricados (B5, D1 e D2), mostrando quatro portas de entrada. Os quatro pequenos ressonadores em anel à esquerda são usados para acoplar luz de diferentes comprimentos de onda das entradas a um único guia de ondas, que então leva à célula PCM no ponto de cruzamento com o anel grande. As estruturas triangulares na parte inferior são acopladores de grade usados para acoplar a luz dentro e fora do chip. Crédito: Natureza (2019). DOI:10.1038 / s41586-019-1157-8
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Münster, a University of Oxford e a University of Exeter construíram uma rede neural totalmente óptica em um único chip. Em seu artigo publicado na revista Natureza, o grupo descreve seu chip, que não tem conversões ópticas para eletrônicas, e como funcionou bem. Geoffrey Burr com IBM Research - Almaden publicou um artigo News and Views discutindo o trabalho da equipe na mesma edição do jornal.
Os computadores modernos funcionam com eletricidade - ele alimenta dispositivos e serve como meio de armazenamento e dados. Mas por várias décadas, os cientistas se perguntaram se seria possível usar a luz como meio de dados - triturando fótons em vez de elétrons. Os engenheiros têm muitos obstáculos na tentativa de criar tal dispositivo, Contudo, mais proeminentemente os gargalos que surgem durante a conversão entre sistemas ópticos e elétricos. Em tempos mais recentes, tem havido um interesse renovado na construção de um computador com base óptica, mas agora, o foco é a conservação de energia. Computadores grandes e modernos usados para aplicações pesadas requerem muita eletricidade. A lógica sugere que os computadores baseados em luz devem consumir menos energia, mais particularmente porque eles não gerariam tanto calor, tornando os sistemas de refrigeração obsoletos. Neste novo esforço, os pesquisadores deram um passo em direção à criação de computadores baseados em ótica, construindo uma rede neural totalmente ótica em um único chip.
Os pesquisadores notaram que um tipo de sistema de computador parecia mais acessível à óptica - redes neurais profundas. Isso ocorre porque essas redes dependem de neurônios artificiais com conexões sinápticas que podem ser avaliadas com base em experiências de aprendizado anteriores. Eles observaram também que os materiais de mudança de fase cristalina também podem servir a esse propósito. Eles são materiais que experimentam uma mudança na estrutura quando aquecidos - neste caso, por um laser. Usando tal material, a equipe construiu um chip com quatro neurônios conectados a 60 sinapses usando guias de onda para controlar o fluxo de informações representado pela luz. Os testes mostraram que o chip era capaz de aprender, reconhecer padrões e realizar cálculos.
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