Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles (UCLA) araştırmacıları, doğrusal malzemeler kullanarak büyük ölçekli doğrusal olmayan hesaplamalar gerçekleştiren bir optik hesaplama çerçevesi geliştirdiler. eLight'ta yayınlanan çalışmaya göre, yalnızca faz katmanlarından oluşan ince, pasif malzeme yapıları olan kırınımlı optik işlemciler, ışığın kırınım sınırına bağlı olarak aşırı paralellik ve mekansal yoğunlukta hızla yürütülen çok sayıda doğrusal olmayan fonksiyonu aynı anda hesaplayabiliyor.
Doğrusal olmayan işlemler, makine öğreniminden örüntü tanımaya ve genel amaçlı bilgi işlemeye kadar neredeyse tüm modern bilgi işleme görevlerinin temelini oluşturur. Ancak, bu tür işlemleri optik olarak uygulamak hâlâ bir zorluktu, çünkü doğrusal olmayan optik etkilerin çoğu zayıf, güç tüketen veya yavaştı.
BİLGİ IŞIKTA KODLANDI
UCLA ekibi, doğrusal olmayan fonksiyonların giriş değişkenlerini bir optik dalga cephesinin fazına kodlayıp ardından bunları tamamen doğrusal malzemelerden yapılmış optimize edilmiş, statik bir kırınım optik mimarisinde işleyerek, evrensel doğrusal olmayan fonksiyon yaklaşımını gösterdi. Her kırınımla sınırlı çıkış pikseli, kompakt ve pasif bir optik sistem içinde olağanüstü paralellik sağlayan benzersiz bir doğrusal olmayan fonksiyona karşılık geliyor.
UCLA Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Rektör Yardımcısı ve çalışmanın ilgili yazarı Aydoğan Özcan, bu çalışmanın, bilgi ışığın faz uzayında yapısal olarak kodlandığında, tamamen doğrusal optik etkileşimlerden doğrusal olmayan hesaplamanın ortaya çıkabileceğini gösterdiğini belirtti. Özcan, kırınım işleme ve dalga cephesi kodlamasından yararlanarak, büyük ölçekte ve hızda, muazzam bir mekansal yoğunlukta doğrusal olmayan fonksiyonları hesaplayan güçlü bir optik sistem sınıfının kilidini açtıklarını ifade etti.
MİLYONLARCA HESAPLAMA
UCLA araştırmacıları, bu kırınım işlemcilerinin evrensel doğrusal olmayan fonksiyon yaklaştırıcıları olarak hareket ettiğine dair teorik ve deneysel kanıtlar ortaya koydular. Bu işlemciler, çok değişkenli ve karmaşık değerli fonksiyonlar da dahil olmak üzere, bant genişliği sınırlı herhangi bir doğrusal olmayan fonksiyon kümesini gerçekleştirebilir. Ayrıca, sigmoid, tanh ve ReLU gibi dijital sinir ağlarında yaygın olarak kullanılan tipik doğrusal olmayan aktivasyon fonksiyonlarının başarılı bir şekilde yaklaştırılmasını sağladıklarını bildirdiler.
Araştırmacılar, sayısal simülasyonlar aracılığıyla, optimize edilmiş, statik kırınımlı bir optik işlemcinin çıkış düzleminde bir milyon farklı doğrusal olmayan fonksiyonun paralel hesaplanmasını gösterdiler.
Çalışmanın çerçevesi, yüzlerce megapiksellik üst düzey görüntü sensörlerinden yararlanarak ve potansiyel olarak yüz milyonlarca doğrusal olmayan fonksiyonu paralel olarak hesaplayarak çok daha büyük sistemlere ölçeklenebilir. Böyle bir yeteneğin, doğrusal olmayan optik malzemeler veya elektronik son işlem olmadan elde edilen ultra hızlı analog hesaplama, nöromorfik fotonik ve yüksek verimli optik sinyal işlemeyi ilerletebileceği belirtiliyor.
