Diferentes formas de transformaciones lineales, como la transformada de Fourier, se emplean ampliamente en el procesamiento de información en diversas aplicaciones. Estas transformaciones generalmente se implementan en el dominio digital utilizando procesadores electrónicos, y su velocidad de cálculo está limitada con la capacidad del chip electrónico que se utiliza, lo que crea un cuello de botella a medida que aumentan los datos y el tamaño de la imagen. Una solución a este problema podría ser reemplazar los procesadores digitales con contrapartes ópticas y usar la luz para procesar la información.

En un nuevo artículo publicado en Luz:ciencia y aplicaciones , un equipo de ingenieros ópticos, dirigido por el profesor Aydogan Ozcan del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), NOSOTROS., y sus colaboradores han desarrollado un método de diseño basado en el aprendizaje profundo para el cálculo totalmente óptico de una transformación lineal arbitraria. Este procesador totalmente óptico utiliza superficies difractivas diseñadas espacialmente para manipular ondas ópticas y calcula cualquier transformación lineal deseada a medida que la luz pasa a través de una serie de superficies difractivas. De esta manera, el cálculo de la transformada lineal deseada se completa a la velocidad de propagación de la luz, con la transmisión de la luz de entrada a través de estas superficies difractivas. Además de su velocidad computacional, Estos procesadores totalmente ópticos tampoco consumen energía para calcular, a excepción de la luz de iluminación, convirtiéndolo en un sistema informático pasivo y de alto rendimiento.

Los análisis realizados por el equipo de UCLA indican que el diseño basado en el aprendizaje profundo de estos procesadores difractivos totalmente ópticos puede sintetizar con precisión cualquier transformación lineal arbitraria entre un plano de entrada y uno de salida. y la precisión y la eficiencia de difracción de las transformadas ópticas resultantes mejoran significativamente a medida que aumenta el número de superficies difractivas, revelando que los procesadores difractivos más profundos son más potentes en sus capacidades informáticas.

El éxito de este método se ha demostrado mediante la realización de una amplia gama de transformaciones lineales que incluyen, por ejemplo, transformaciones de amplitud y fase generadas aleatoriamente, la transformada de Fourier, operaciones de filtrado y permutación de imágenes. Este marco informático se puede aplicar ampliamente a cualquier parte del espectro electromagnético para diseñar procesadores totalmente ópticos utilizando superficies difractivas diseñadas espacialmente para realizar universalmente una transformación lineal arbitraria de valor complejo. También se puede utilizar para formar redes de procesamiento de información totalmente ópticas para ejecutar una tarea computacional deseada entre un plano de entrada y salida, proporcionando un pasivo, alternativa sin energía a los procesadores digitales.