Circuitos neuronales de clavos totalmente ópticos. a, B, Esquema de la red realizada en este estudio, que consta de varias neuronas de entrada presinápticas y una neurona de salida postsináptica conectadas a través de sinapsis PCM. Los picos de entrada se ponderan usando celdas PCM y se resumen usando un multiplexor WDM (MUX). Si el poder integrado de los picos postsinápticos supera un cierto umbral, la celda PCM en el resonador de anillo conmuta y se genera un pulso de salida (pico neuronal). C, Diagrama de circuito fotónico de una neurona óptica integrada con el bloque de símbolos que se muestra en el recuadro (arriba a la derecha). Varios de estos bloques se pueden conectar a redes más grandes utilizando las entradas y salidas de longitud de onda. D, Micrografía óptica de tres neuronas fabricadas (B5, D1 y D2), mostrando cuatro puertos de entrada. Los cuatro pequeños resonadores de anillo de la izquierda se utilizan para acoplar luz de diferentes longitudes de onda de las entradas a una única guía de ondas, que luego conduce a la celda PCM en el punto de cruce con el anillo grande. Las estructuras triangulares en la parte inferior son acopladores de rejilla que se utilizan para acoplar la luz dentro y fuera del chip. Crédito: Naturaleza (2019). DOI:10.1038 / s41586-019-1157-8
Un equipo de investigadores de la Universidad de Münster, la Universidad de Oxford y la Universidad de Exeter han construido una red neuronal totalmente óptica en un solo chip. En su artículo publicado en la revista Naturaleza, el grupo describe su chip, que no tiene conversiones ópticas a electrónicas, y lo bien que funcionó. Geoffrey Burr de IBM Research - Almaden ha publicado un artículo de News and Views que analiza el trabajo del equipo en el mismo número de la revista.
Las computadoras modernas funcionan con electricidad:alimenta dispositivos y sirve como medio de almacenamiento y datos. Pero durante varias décadas, Los científicos se han preguntado si sería posible utilizar la luz como medio de datos:triturar fotones en lugar de electrones. Los ingenieros tienen muchos obstáculos al intentar crear un dispositivo de este tipo, sin embargo, sobre todo los cuellos de botella que surgen al realizar la conversión entre sistemas ópticos y eléctricos. En tiempos más recientes, Ha habido un interés renovado en construir una computadora basada en ópticas, pero ahora, el foco es la conservación de energía. Las grandes computadoras modernas que se utilizan para aplicaciones de servicio pesado requieren mucha electricidad. La lógica sugiere que las computadoras basadas en la luz deberían consumir menos energía, sobre todo porque no generarían tanto calor, haciendo obsoletos los sistemas de refrigeración. En este nuevo esfuerzo, los investigadores han dado un paso hacia la creación de computadoras con base óptica al construir una red neuronal totalmente óptica en un solo chip.
Los investigadores notaron que un tipo de sistema informático parecía más apto para la óptica:las redes neuronales profundas. Esto se debe a que dichas redes se basan en neuronas artificiales con conexiones sinápticas que pueden ponderarse en función de las experiencias de aprendizaje pasadas. También señalaron que los materiales de cambio de fase cristalina también podrían servir para tal propósito. Son materiales que experimentan un cambio de estructura cuando se calientan, en este caso, por un láser. Usando tal material, el equipo construyó un chip con cuatro neuronas conectadas con 60 sinapsis utilizando guías de ondas para controlar el flujo de información representado por la luz. Las pruebas mostraron que el chip era capaz de aprender, reconocer patrones y realizar cálculos.
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