Circuits neuronaux à pointes tout optiques. une, b, Schéma du réseau réalisé dans cette étude, composé de plusieurs neurones d'entrée pré-synaptiques et d'un neurone de sortie post-synaptique connectés via des synapses PCM. Les pics d'entrée sont pondérés à l'aide de cellules PCM et additionnés à l'aide d'un multiplexeur WDM (MUX). Si la puissance intégrée des pointes postsynaptiques dépasse un certain seuil, la cellule PCM sur le résonateur en anneau commute et une impulsion de sortie (pointe neuronale) est générée. c, Schéma de circuit photonique d'un neurone optique intégré avec bloc de symboles illustré dans l'encart (en haut à droite). Plusieurs de ces blocs peuvent être connectés à des réseaux plus importants en utilisant les entrées et sorties de longueur d'onde. ré, Micrographie optique de trois neurones fabriqués (B5, D1 et D2), montrant quatre ports d'entrée. Les quatre petits résonateurs annulaires sur la gauche sont utilisés pour coupler la lumière de différentes longueurs d'onde des entrées à un seul guide d'ondes, qui mène alors à la cellule PCM au point de croisement avec le grand anneau. Les structures triangulaires sur le fond sont des coupleurs de grille utilisés pour coupler la lumière sur et hors de la puce. Crédit: La nature (2019). DOI :10.1038/s41586-019-1157-8
Une équipe de chercheurs de l'Université de Münster, l'Université d'Oxford et l'Université d'Exeter ont construit un réseau de neurones tout optique sur une seule puce. Dans leur article publié dans la revue La nature, le groupe décrit sa puce, qui n'a pas de conversions optique-électronique, et à quel point cela a fonctionné. Geoffrey Burr d'IBM Research – Almaden a publié un article sur News and Views discutant du travail de l'équipe dans le même numéro de revue.
Les ordinateurs modernes fonctionnent à l'électricité - ils alimentent les appareils et servent de support de stockage et de données. Mais pendant plusieurs décennies, les scientifiques se sont demandé s'il serait possible d'utiliser la lumière comme support de données, en écrasant des photons au lieu d'électrons. Les ingénieurs ont de nombreux obstacles pour tenter de créer un tel appareil, cependant, plus particulièrement les goulots d'étranglement qui surviennent lors de la conversion entre les systèmes optiques et électriques. À des époques plus récentes, il y a eu un regain d'intérêt pour la construction d'un ordinateur basé sur l'optique, mais maintenant, l'accent est mis sur la conservation de l'énergie. Les gros ordinateurs modernes utilisés pour des applications lourdes nécessitent beaucoup d'électricité. La logique suggère que les ordinateurs basés sur la lumière devraient être moins énergivores, plus particulièrement parce qu'ils ne généreraient pas autant de chaleur, rendre les systèmes de refroidissement obsolètes. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont fait un pas vers la création d'ordinateurs optiques en construisant un réseau de neurones tout optique sur une seule puce.
Les chercheurs ont noté qu'un type de système informatique semblait le plus adapté à l'optique :les réseaux de neurones profonds. En effet, ces réseaux reposent sur des neurones artificiels dotés de connexions synaptiques qui peuvent être pondérées en fonction des expériences d'apprentissage passées. Ils ont également noté que les matériaux à changement de phase cristallin pourraient également servir un tel objectif. Ce sont des matériaux qui subissent un changement de structure lorsqu'ils sont chauffés - dans ce cas, par un laser. En utilisant un tel matériau, l'équipe a construit une puce avec quatre neurones connectés à 60 synapses à l'aide de guides d'ondes pour contrôler le flux d'informations représenté par la lumière. Les tests ont montré que la puce était capable d'apprendre, reconnaître des modèles et effectuer des calculs.
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