«Наш новый чип можно считать черным ящиком, то есть пользователь не обязан понимать его внутреннюю структуру, чтобы менять его функции, — сказал Дун Цзяньцзи из Хуачжунского научно-технического университета, глава исследовательской группы. — Надо задать цель обучения и, под контролем компьютера, чип сам изменит конфигурацию, чтобы достичь желаемой функциональности на основе ввода и вывода».

В основе архитектуры нового чипа лежат расположенные четырехугольником интерферометры Маха — Цендера, особые двулучевые оптические элементы, разделяющие один пучок излучения на несколько когерентных пучков. Как показали ученые, чип может сам менять конфигурацию, чтобы выполнять оптическую маршрутизацию, распределение энергии света с малыми потерями и вычисления матриц, которые используются для создания нейронных сетей.

Такой оптический чип в будущем может быть использован в оптических нейронных сетях, состоящих из взаимосвязанных узлов. Для эффективной работы оптическая нейросеть должна быть обучена определять параметры каждой пары узлов. Эта задача требует матричного умножения, пишет Science Daily.

Разработанный учеными чип меняет конфигурацию путем настройки напряжения на электродах, которое создает различные пути распространения света в четырехугольной сети. Алгоритм градиентного спуска ускоряет скорость сходимости функции стоимости, которая измеряет точность сети в ходе каждой итерации обучения. После каждой итерации чип обновляет напряжение всех подключенных электродов, а не значение одной переменной, что еще больше повышает скорость сходимости функции стоимости. Все это сокращает время обучения.

Ученые продемонстрировали, что чип способен выполнять определенные матричные вычисления, впервые подтвердив работоспособность сети интерферометров Маха — Цендера в четырехугольной конфигурации. Ошибка между результатами обучения и целевыми матрицами была минимальной.

Также они показали оптическую маршрутизацию — частный случай матричных вычислений — с высоким коэффициентом контрастности. Она может применяться в процессорах и запоминающих устройствах дата-центров для эффективного перенаправления оптических сигналов.

Инженеры из США разработали оптическую развязку, которая существенно повысит производительность оптических систем, которые применяются в телекоммуникации, микроскопии, системах получения изображений, квантовой фотонике и других отраслях. Она сочетает высокую степень защиты лазерных систем с превосходной производительностью, компактностью и простотой конструкции.