Forscher von der Fakultät für Physik der Universität Warschau (UW) und der Polnischen Akademie der Wissenschaften (PAN) haben mit Hilfe von Photonen ein pulsierendes Neuron geschaffen, also das Grundelement eines künftigen photonischen Neuralprozessors. Über die Ergebnisse der polnischen Forscher kann man in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „Laser and Photonics Review” lesen.
„Das menschliche Gehirn besteht aus 100 Milliarden Neuronen, von denen jede durchschnittlich mehrere tausend Verbindungen zu anderen Nervenzellen herstellt. Auf diese Weise entsteht ein Netzwerk von rund 100 Billionen Verbindungen, das es unserem Gehirn ermöglicht, Billionen von Operationen pro Sekunde auszuführen und dabei nur 20 bis 25 Watt Energie zu verbrauchen”, betonen die Forscher und fügen hinzu, dass herkömmliche Prozessoren im Vergleich dazu zehnmal so viel Strom benötigen, um nur tausend verschiedene Arten von Objekten zu erkennen.
Forscher von der Fakultät für Physik der UW und der Polnischen Akademie der Wissenschaften haben vorgeschlagen, Photonen einzusetzen, um pulsierende neuronale Netze zu schaffen. Dr. Krzysztof Tyszka von der Fakultät für Physik der UW betont, dass photonische Systeme Kommunikation mit Lichtgeschwindigkeit, geringen Verlusten und niedrigem Energieverbrauch ermöglichen. „Der Vorteil von Photonen ist, dass ihre Ausbreitung praktisch ohne Energieverlust erfolgt. Da sie jedoch nur relativ schwach miteinander interagieren, ist es schwierig, sie für Rechenoperationen in Analogie zu elektronischen Systemen zu verwenden”, fügt der Wissenschaftler hinzu.
Die Forscher beschlossen daher, eine Lösung zu finden, bei der Photonen stark mit Teilchen von sehr geringer Masse, den so genannten Exzitonen, wechselwirken.
„Die starke Wechselwirkung wird dadurch erreicht, dass die Photonen und Exzitonen in einer optischen Mikrokavität zusammengebracht werden. Dieses Verfahren erzwingt einen zyklischen Energieaustausch zwischen ihnen. Diese Art von Synergie ist so dauerhaft, dass Physiker sie als Quasiteilchen bezeichnen, das kurz Polariton genannt wird”, erklärt Prof. Barbara Piętka vom Polariton-Labor an der Fakultät für Physik der UW.
Die Forscher stellten fest, dass Polaritonen, wenn sie mit Laserpulsen angeregt werden, Lichtpulse aussenden, die dem Pulsieren von biologischen Neuronen ähneln.
Adrian Andrzejewski