Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (UW) oraz Polskiej Akademii Nauk (PAN) wykorzystali fotony do stworzenia pulsującego neuronu, czyli podstawowego elementu przyszłego fotonicznego procesora sieci neuronowych. O rezultatach pracy polskich naukowców można przeczytać w najnowszym „Laser and Photonics Review”.
Ludzki mózg zbudowany jest ze 100 miliardów neuronów, z których każdy tworzy średnio kilka tysięcy połączeń z innymi komórkami nerwowymi. Tworzy to sieć złożoną z ok. 100 bilionów połączeń, dzięki której nasz mózg zdolny jest wykonać biliony operacji na sekundę, zużywając zaledwie 20 – 25 watów mocy – podkreślają naukowcy i dodają, że dla porównania, konwencjonalne procesory zużywają dziesięć razy tyle mocy, aby rozpoznać zaledwie tysiąc różnych rodzajów obiektów.
Naukowcy z Wydziału Fizyki UW oraz PAN zaproponowali wykorzystanie fotonów w sposób umożliwiający tworzenie pulsujących sieci neuronowych. Dr Krzysztof Tyszka z Wydziału Fizyki UW podkreśla, że systemy fotoniczne zapewniają komunikację z prędkością światła, niskie straty i niskie zużycie energii. Zaletą fotonów jest to, że ich propagacja odbywa się praktycznie bez strat energii. Niestety w związku z tym, że oddziałują one ze sobą w sposób relatywnie słaby, ciężko wykorzystać je do wykonywania operacji obliczeniowych w sposób analogiczny do układów elektronicznych – dodaje naukowiec.
Dlatego badacze postanowili sięgnąć po rozwiązanie, w którym fotony silnie oddziałują z cząstkami o bardzo małej masie, zwanymi ekscytonami.
Silne oddziaływanie uzyskuje się umieszczając fotony oraz ekscytony razem w optycznej mikrownęce. Zabieg ten wymusza cykliczną wymianę energii między nimi. Ten rodzaj synergii jest tak trwały, że fizycy określają go mianem kwazicząstki zwanej w skrócie polarytonem – wyjaśnia prof. Barbara Piętka z Laboratorium Polarytonowego na Wydziale Fizyki UW.
Badacze zauważyli, że kiedy polarytony są wzbudzane za pomocą impulsów laserowych, emitują impulsy światła przypominające pulsowanie neuronów biologicznych.
Adrian Andrzejewski