СМИ о нас
| 24.09.25 | 12.09.2025 Волга Ньюс. Самарские физики рассчитали, как "превратить" лучи лазера в фотонные нейроны |
Ученые Самарского университета им. Королёва и Самарского филиала Физического института им. П.Н.Лебедева РАН провели совместное исследование, посвященное выявлению закономерностей в хаотической динамике лазерных лучей. С помощью математических уравнений и численного моделирования физики точно рассчитали условия, при которых луч лазера внезапно меняет совершенно определенным образом свою внутреннюю структуру, привнося в хаотическую динамику луча строгую и сложную упорядоченность. Результаты данного исследования позволят в перспективе создавать особые нанолазеры, которые смогут работать как фотонные нейроны в миниатюрных оптических нейросетях будущего.
Фото:
Исследование проведено при поддержке министерства науки и высшего образования РФ в рамках проектов государственного задания образовательным и исследовательским институтам. Итоги научных изысканий отражены в статье, опубликованной в авторитетном международном журнале "Journal of the Optical Society of America B".
"Во всем мире активно ведется разработка новых, более эффективных систем искусственного интеллекта. Для развития в этой сфере, безусловно, потребуются новые технические решения, и одним из таких многообещающих решений может стать разработка нейроморфных (то есть подобных мозгу) процессоров, создаваемых на платформе фотоники в виде комплекса оптических нейросетей. Наша научная группа изучает перспективы использования в таких нейросетях одной из разновидностей лазеров - так называемого VCSEL ("виксель"). Этот диодный полупроводниковый лазер с вертикальным резонатором излучает свет иначе, чем обычные лазерные диоды, и, как показывают полученные данные, он обладает свойствами, подходящими для применения таких лазеров в качестве фотонных нейронов", - рассказал один из авторов исследования Антон Кренц, доцент кафедры физики, старший научный сотрудник Научно-образовательного центра физики неравновесных открытых систем Самарского университета им. Королева, научный сотрудник теоретического сектора Самарского филиала Физического института им. П.Н.Лебедева РАН.
"Виксели" успешно применяются сейчас в сфере телекоммуникаций, их используют, например, для высокоскоростной передачи данных. Для работы в качестве фотонных нейронов пригодится их широкоапертурность (возможность формировать широкий пучок). То есть вместо узкого сфокусированного луча они могут генерировать расходящийся, расплывчатый пучок, проявляющий, как говорят ученые, хаотическую динамику. Это примерно можно сравнить с тем, как льется струя воды из крана на кухне без прикрученной на кран насадки-аэратора: вместо упорядоченных тонких струек вода льется сплошным хаотическим потоком, который то и дело может менять свою форму, создавая завихрения и рассыпаясь брызгами.
"Порой "виксели" начинают генерировать не то, что обычно ожидается: вместо сфокусированного луча возникает сильно расходящийся пучок, это называется хаотической динамикой. Мы выявили и рассчитали параметры, при которых это происходит, и поняли, каким именно образом это происходит - для этого должно возникнуть определенное стечение обстоятельств. Кроме того, в этом состоянии хаотической динамики лазеры могут образовывать сложные упорядоченные пространственно-временные структуры, своего рода оптические "узоры", и мы также рассчитали, какие именно структуры возникают в лазерном луче и при каких условиях это происходит. То есть, зная теперь, как это все образуется и от чего зависит, мы получаем возможность этим управлять", - подчеркнул Антон Кренц.
Луч широкоапертурного "викселя" состоит из множества тоненьких лучей, взаимодействующих друг с другом в реальном времени, как настоящие нервные клетки - нейроны - в мозге живых существ. Нейросеть, построенная на таких "викселях", сможет обрабатывать информацию всей своей площадью со скоростью света и с колоссальной энергоэффективностью. Это путь к созданию принципиально новых систем искусственного интеллекта для распознавания образов, принятия решений и обработки больших данных.
"Возможность управлять хаотической динамикой "викселей" позволит разрабатывать на их основе нанолазеры - полупроводниковые устройства размерами в несколько сотен нанометров, которые могут найти широкое применение в самых различных сферах, например, в медицине, телекоммуникациях, но прежде всего в области технологий систем искусственного интеллекта. На основе таких фотонных нейронов можно будет создавать миниатюрные оптические нейронные сети нового поколения - скоростные и энергоэффективные, схожие по устройству с мозгом живых существ", - отметил Антон Кренц.
И еще один интересный момент исследования: в ходе расчетов и моделирования ученые выявили две закономерности, два оптических "узора", которые при определенных условиях образуются в хаотической динамике "викселей", - это модулированные стоячие волны и оптические вихри со спиральной фазовой структурой. По словам астрофизиков, точно такие же "узоры" можно наблюдать и на видимой поверхности Солнца - солнечной фотосфере. Они то появляются, то исчезают. Эти солнечные "узоры" состоят из конвекционных ячеек, называемых гранулами. Столбы перегретой плазмы диаметром в среднем около тысячи километров поднимаются на поверхность, остывают при подъеме и затем опускаются в промежутках между гранулами. Конечно, вряд ли можно даже в шутку представить Солнце в виде гигантской оптической нейросети на мощных широкоапертурных лазерах, однако совпадение "узоров" достаточно интересно, хоть и вполне объяснимо, считают ученые.
Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
| 24.09.25 | 12.09.2025 Вечерний Санкт-Петербург. Самарские ученые провели исследование по выявлению закономерностей в хаотической динамике лазерных лучей |
Результаты эксперимента позволят создать нанолазеры для перспективных миниатюрных оптических нейросетей
Ученые из Самарского университета им. Королева, совместно с коллегами из Самарского филиала Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), провели совместную работу, в рамках которой изучались закономерности в хаотической динамике лазерных лучей. Используя математические модели и компьютерное моделирование, физики смогли точно определить условия, при которых лазерный луч кардинально меняет структуру, внося строгий порядок в хаотическое движение. Утверждается, что результаты данного исследования в перспективе могут привести к созданию специализированных нанолазеров, способных выполнять роль фотонных нейронов в миниатюрных оптических нейросетях будущего.
Проект выполнен при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственных заданий образовательным и научно-исследовательским институтам. Результаты научной деятельности опубликованы в рецензируемом международном журнале.
В университете пояснили, что при создании более совершенных систем искусственного интеллекта перспективным направлением является разработка нейроморфных процессоров на основе фотоники, имитирующих структуру мозга. Они представляют собой комплекс оптических нейросетей, использующих один из видов лазеров — VCSEL (вертикально-излучающий лазер с резонатором Фабри-Перо). Этот лазер отличается характером излучения света от обычных лазерных диодов и обладает свойствами, подходящими для использования в качестве фотонных нейронов. Его важной характеристикой является широкоапертурность, то есть способность формировать широкий световой пучок.
«Порой "виксели" начинают генерировать не то, что обычно ожидается, — вместо сфокусированного луча возникает сильно расходящийся пучок, это называется хаотической динамикой. Мы выявили и рассчитали параметры, при которых это происходит и каким именно образом это происходит — для этого должно возникнуть определенное стечение обстоятельств. Кроме того, в состоянии хаотической динамики лазеры могут образовывать сложные упорядоченные пространственно-временные структуры, своего рода оптические узоры, и мы также рассчитали условия, при которых это происходит, какие именно структуры возникают в лазерном луче», — отметил Антон Кренц, старший научный сотрудник научно-образовательного центра физики неравновесных открытых систем Самарского университета им. Королева и научный сотрудник теоретического сектора Самарского филиала ФИАН, один из авторов исследования.
Кренц подчеркнул, что знания о принципах функционирования «викселей» позволят управлять их хаотической динамикой. Это позволит создавать на основе «викселей» нанолазеры — полупроводниковые устройства размером в несколько сотен нанометров. На их базе можно разработать миниатюрные оптические нейронные сети нового поколения — быстрые, энергоэффективные и имитирующие структуру мозга живых существ. Они могут быть полезны не только в системах искусственного интеллекта, но и в медицине, а также телекоммуникациях.
Ученые считают, что их работа открывает путь к созданию принципиально новых систем искусственного интеллекта для распознавания образов, принятия решений и обработки больших объемов информации. Принцип работы «викселя», основанный на взаимодействии лучей, аналогичен работе нейронов в мозге. Следовательно, нейросеть на основе «викселей» сможет обрабатывать информацию всей своей площадью со скоростью света и с высокой энергоэффективностью, уверены авторы исследования
| 24.09.25 | 11.09.2025 Телеграм-канал Самарский университет онлайн. Как «превратить» лучи лазера в фотонные нейроны для оптических нейросетей будущего? |
Как «превратить» лучи лазера в фотонные нейроны для оптических нейросетей будущего?
Ответ на этот вопрос – в исследовании, проведенном учеными Самарского университета им. Королёва и Самарского филиала Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.
С помощью математических уравнений и численного моделирования физики точно рассчитали условия, при которых луч лазера внезапно меняет совершенно определенным образом свою внутреннюю структуру, привнося в хаотическую динамику луча строгую и сложную упорядоченность.
Результаты данного исследования позволят в перспективе создавать особые нанолазеры, которые смогут работать как фотонные нейроны в миниатюрных оптических нейросетях нового поколения – скоростных и энергоэффективных, схожих по устройству с мозгом живых существ
Исследование проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках проектов государственного задания образовательным и исследовательским институтам. Итоги научных изысканий отражены в статье, опубликованной в авторитетном международном журнале «Journal of the Optical Society of America B».
«Наша научная группа изучает перспективы использования в таких нейросетях одной из разновидностей лазеров – так называемого VCSEL («виксель»). Он обладает свойствами, подходящими для применения таких лазеров в качестве фотонных нейронов», – пояснил один из авторов исследования Антон Кренц (на фото), доцент кафедры физики.
Подробнее читайте на сайте университета.
Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий. Больше информации – на сайте проекта «Одержимы наукой».
| 24.09.25 | 11.09.2025 Комсомольская правда. Путь к созданию новых нейросетей: самарские физики пробуют усмирять хаос внутри лазеров |
С помощью математических уравнений и численного моделирования физики смогли точно рассчитать условия, при которых лазер переходит в режим генерации хаотического выходного пучка. Это исследование должно помочь в перспективе создавать особенные лазерные системы, которые смогут работать как фотонные нейроны в миниатюрных, энергоэффективных и быстродействующих оптических нейросетях будущего.
«Это похоже на то, как дирижер точными ритмичными движениями своей палочки заставляет оркестр играть не вразнобой, а слаженно. Так и в оптической системе правильно настроенное излучение от внешнего лазера заставляет мощный лазер с широким излучателем работать в такт, стабилизируя его выходной луч. Управляя параметрами «впрыскиваемого» излучения, можно получить оптические узоры правильной формы – страйпы и гексагоны», – рассказали в пресс-службе Самарского университета.
Причудливые узоры и завораживающие картинки
Другое исследование из этой же области было посвящено поведению особого класса лазеров – с чрезвычайно высокими потерями на зеркалах или вообще без зеркального резонатора. К таким системам относятся, например, перспективные нанолазеры: из-за их микроскопических размеров в них нет традиционных зеркал. Такие лазеры постоянно пульсируют.
Однако фундаментальные исследования самарских физиков – это не просто про хаос и завораживающие картинки, а гораздо большее – протоколы управления светом на самом фундаментальном уровне и создание инструментария для следующего технологического прорыва – нейроморфных вычислений, которые смогут работать на скорости света.
Нейросети будущего
Умение управлять световым хаосом и создавать внутри лазера сложные оптические узоры пригодится в создании оптических нейронных сетей. Самарские ученые считают, что лазеры с широким излучателем, способные генерировать управляемые сложные структуры, являются идеальной «железной» основой для имитации работы мозга.
«Мозг человека обрабатывает информацию не последовательно, как компьютер, а одновременно в множестве параллельных потоков, благодаря работе нейронной сети. В таких лазерах каждая точка на выходной апертуре может играть роль аналогового нейрона, взаимодействие между ними, определяемое дифракцией света, может работать как связи между нейронами, входные данные можно подавать через тот самый метод «впрыскивания», а выходной результат – считывать с формы получившегося светового поля», – объяснили в вузе.
Такая система сможет обрабатывать информацию не последовательно, бит за битом, а мгновенно и параллельно, всей своей площадью, со скоростью света и с колоссальной энергоэффективностью. Ожидается, что этот путь приведет к созданию принципиально новых систем искусственного интеллекта для распознавания образов, принятия решений и обработки больших данных.
| 24.09.25 | 11.09.2025 Самарский университет. Укрощение светового шторма: как самарские физики учатся управлять хаосом внутри лазеров |
Ученые Самарского университета им. Королёва и Самарского филиала Физического института им. П.Н. Лебедева РАН провели совместное исследование, посвященное хаотической динамике лазеров с широким излучателем. Свет в таких лазерах ведет себя подобно бушующему морю в шторм: волны непредсказуемым образом сталкиваются, образуя как области с очень высокими волнами, так и области затишья. С помощью математических уравнений и численного моделирования физики точно рассчитали условия, при которых лазер переходит в режим генерации хаотического выходного пучка. Результаты данного исследования позволят в перспективе создавать особенные лазерные системы, которые смогут работать как фотонные нейроны в миниатюрных, энергоэффективных и быстродействующих оптических нейросетях будущего.
Исследование проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках проектов государственного задания образовательным и исследовательским институтам. Итоги научных изысканий отражены в статьях, опубликованных в авторитетных международных журналах "Optics Letters" и "Journal of the Optical Society of America B".
В первой работе, опубликованной в Optics Letters, физики взяли полупроводниковый лазер с вертикальным резонатором (VCSEL) и применили изящный метод усмирения хаоса: инжекция ("впрыскивание") внешнего слабого излучения. Это означает, что внутрь лазера, генерирующего хаос, светят слабым, но очень точным лучом от другого лазера. Это похоже на то, как дирижёр точными ритмичными движениями своей палочки заставляет оркестр играть не вразнобой, а слаженно. Так и в оптической системе правильно настроенное излучение от внешнего лазера заставляет мощный лазер с широким излучателем работать в такт, стабилизируя его выходной луч. Кроме того, управляя параметрами "впрыскиваемого" излучения можно получить оптические узоры правильной формы – страйпы и гексагоны.
Еще одно исследование из этой же области было опубликовано самарскими физиками в "Journal of the Optical Society of America B". В нём изучалось поведение особого класса лазеров – с чрезвычайно высокими потерями на зеркалах или вообще без зеркального резонатора. К таким системам относятся, например, перспективные нанолазеры: из-за их микроскопических размеров традиционные зеркала в них попросту отсутствуют. Такие лазеры изначально светят не непрерывным во времени пучком, а постоянно пульсируют. В случае лазера с широким излучателем это означает, что все точки лазера пульсируют абсолютно синхронно. Коллективу авторов удалось определить, при каких условиях такие синхронные колебания устойчивы и могут длиться сколь угодно долго, а при каких синхронность постепенно разрушается. Нарушение синхронности колебаний между точками лазера приводит к формированию причудливых узоров, хаоса и даже оптических вихрей.
Зачем это нужно? Взгляд в будущее оптических нейронных сетей
Зачем нужно управлять уметь управлять световых хаосом и уметь создавать внутри лазера сложные оптические узоры? Ответ лежит в области самых передовых технологий – создания оптических нейронных сетей. Мозг человека обрабатывает информацию не последовательно, как компьютер, а одновременно в множестве параллельных потоков, благодаря работе нейронной сети.
Широкоапертурные (с широким излучателем) лазеры, способные генерировать управляемые сложные структуры, являются идеальной "железной" основой для имитации работы мозга. Здесь:
- Каждая точка на выходной апертуре может играть роль аналогового нейрона.
- Взаимодействие между ними, определяемое дифракцией света, может работать как синапсы (связи между нейронами).
- Входные данные можно подавать через тот самый метод "впрыскивания" (из первой статьи "Optics Letters"), а выходной результат – считывать с формы получившегося светового поля.
Такая система будет обрабатывать информацию не последовательно, бит за битом, а мгновенно и параллельно, всей своей площадью, со скоростью света и с колоссальной энергоэффективностью. Это путь к созданию принципиально новых систем искусственного интеллекта для распознавания образов, принятия решений и обработки больших данных.
Таким образом, фундаментальные исследования самарских физиков – это не просто про хаос и завораживающие картинки. Это протоколы управления светом на самом фундаментальном уровне. Это создание инструментария для следующего технологического прорыва – нейроморфных вычислений, работающих на скорости света.
Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
https://ssau.ru/news/24680-ukroshchenie-svetovogo-shtorma-kak-samarskie-fiziki-uchatsya-upravlyat-khaosom-vnutri-lazerov| 24.09.25 | 11.09.2025 Ferra.ru. Самарские ученые нашли способ управления хаосом в лазерных лучах |
В пресс-службе Самарского университета имени Королева сообщили, что специалисты вуза совместно с коллегами из Самарского филиала ФИАН РАН выявили закономерности в хаотическом поведении лазерных лучей. С помощью математического моделирования они рассчитали условия, при которых луч лазера меняет свою внутреннюю структуру, образуя сложные упорядоченные паттерны.
/imgs/2025/09/11/15/6892433/0e202967e97fea29824ba106624c8f9bf5c04d70.jpeg "Самарские ученые нашли способ управления хаосом в лазерных лучах")
Исследование проводилось при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.
Ученые изучали особый тип лазеров — VCSEL («виксель»), который излучает свет иначе, чем обычные лазерные диоды. Его широкоапертурность позволяет формировать широкий пучок света, что делает его перспективным для использования в качестве фотонного нейрона в оптических нейросетях.
Иногда такие лазеры генерируют сильно расходящийся пучок вместо сфокусированного луча — это явление называется хаотической динамикой. Исследователям удалось определить параметры, при которых возникают упорядоченные пространственно-временные структуры в этом хаосе.
| 24.09.25 | 11.09.2025 НИА Самара. Самарские физики рассчитали, как "превратить" лучи лазера в фотонные нейроны |
Результаты исследования могут помочь в создании высокоэффективных оптических нейросетей следующего поколения.
Ученые Самарского университета им. Королёва и Самарского филиала Физического института им. П.Н. Лебедева РАН провели совместное исследование, посвященное выявлению закономерностей в хаотической динамике лазерных лучей. С помощью математических уравнений и численного моделирования физики точно рассчитали условия, при которых луч лазера внезапно меняет совершенно определенным образом свою внутреннюю структуру, привнося в хаотическую динамику луча строгую и сложную упорядоченность. Результаты данного исследования позволят в перспективе создавать особые нанолазеры, которые смогут работать как фотонные нейроны в миниатюрных оптических нейросетях будущего.
Исследование проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках проектов государственного задания образовательным и исследовательским институтам. Итоги научных изысканий отражены в статье, опубликованной в авторитетном международном журнале "Journal of the Optical Society of America B".
"Во всем мире сейчас активно ведется разработка новых, более эффективных систем искусственного интеллекта. Для развития в этой сфере, безусловно, потребуются новые технические решения, и одним из таких многообещающих решений может стать разработка нейроморфных, то есть подобных мозгу, процессоров, создаваемых на платформе фотоники в виде комплекса оптических нейросетей. Наша научная группа изучает перспективы использования в таких нейросетях одной из разновидностей лазеров – так называемого VCSEL ("виксель"). Этот диодный полупроводниковый лазер с вертикальным резонатором излучает свет по-другому, чем обычные лазерные диоды, и, как показывают полученные данные, он обладает свойствами, подходящими для применения таких лазеров в качестве фотонных нейронов", – рассказал один из авторов исследования Антон Кренц, доцент кафедры физики, старший научный сотрудник Научно-образовательного центра физики неравновесных открытых систем Самарского университета им. Королёва, научный сотрудник теоретического сектора Самарского филиала Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.
"Виксели" успешно применяются сейчас в сфере телекоммуникаций, их используют, например, для высокоскоростной передачи данных. Для работы в качестве фотонных нейронов пригодится их широкоапертурность – возможность формировать широкий пучок. То есть вместо узкого сфокусированного луча они могут генерировать расходящийся, расплывчатый пучок, проявляющий, как говорят ученые, хаотическую динамику. Это примерно можно сравнить с тем, как льется струя воды из крана на кухне без прикрученной на кран насадки-аэратора: вместо упорядоченных тонких струек вода льется сплошным хаотическим потоком, который то и дело может менять свою форму, создавая завихрения и рассыпаясь брызгами.
Луч широкоапертурного "викселя" состоит из множества тоненьких лучей, взаимодействующих друг с другом в реальном времени, как настоящие нервные клетки – нейроны – в мозге живых существ. Нейросеть, построенная на таких "викселях", сможет обрабатывать информацию всей своей площадью со скоростью света и с колоссальной энергоэффективностью. Это путь к созданию принципиально новых систем искусственного интеллекта для распознавания образов, принятия решений и обработки больших данных.
"Возможность управлять хаотической динамикой "викселей" позволит разрабатывать на их основе нанолазеры – полупроводниковые устройства размерами в несколько сотен нанометров, которые могут найти широкое применение в самых различных сферах, например, в медицине, телекоммуникациях, но прежде всего в области технологий систем искусственного интеллекта. На основе таких фотонных нейронов можно будет создавать миниатюрные оптические нейронные сети нового поколения – скоростные и энергоэффективные, схожие по устройству с мозгом живых существ", – отметил Антон Кренц.
Фото Самарский университет
Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
| 24.09.25 | 11.09.2025 Mail.ru. Выявлены перспективы лазерного луча в оптических нейросетях будущего |
Самарские ученые выявили закономерности в хаотической динамике лазерных лучей и условия, при которых лучи можно превратить в фотонные нейроны.
Полученные выводы позволят создать нанолазеры для перспективных миниатюрных оптических нейросетей, сообщили в пресс-службе Самарского университета имени Королева.
«Ученые Самарского университета имени Королева и Самарского филиала физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) провели совместное исследование, посвященное выявлению закономерностей в хаотической динамике лазерных лучей. С помощью математических уравнений и численного моделирования физики точно рассчитали условия, при которых луч лазера внезапно меняет совершенно определенным образом свою внутреннюю структуру, привнося в хаотическую динамику луча строгую и сложную упорядоченность. Результаты данного исследования позволят в перспективе создавать особые нанолазеры, которые смогут работать как фотонные нейроны в миниатюрных оптических нейросетях будущего», — говорится в сообщении.
Исследование провели при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках проектов государственного задания образовательным и исследовательским институтам. Итоги научных изысканий опубликованы в статье в авторитетном международном журнале.
Как пояснили в университете, при разработке более эффективных систем искусственного интеллекта ученые считают перспективным создание на платформе фотоники нейроморфных, подобных мозгу, процессоров. Они представляют комплекс оптических нейросетей, в которых используется одна из разновидностей лазеров — VCSEL («виксель»). Такой лазер излучает свет иначе, чем обычные лазерные диоды, и обладает свойствами, подходящими для применения в качестве фотонных нейронов. Его особенность — широкоапертурность, то есть возможность формировать широкий пучок света.
«Порой “виксели” начинают генерировать не то, что обычно ожидается, — вместо сфокусированного луча возникает сильно расходящийся пучок, это называется хаотической динамикой. Мы выявили и рассчитали параметры, при которых это происходит и каким именно образом это происходит — для этого должно возникнуть определенное стечение обстоятельств. Кроме того, в состоянии хаотической динамики лазеры могут образовывать сложные упорядоченные пространственно-временные структуры, своего рода оптические узоры, и мы также рассчитали условия, при которых это происходит, какие именно структуры возникают в лазерном луче», — приводятся слова одного из авторов исследования, старшего научного сотрудника научно-образовательного центра физики неравновесных открытых систем Самарского университета имени Королева, научного сотрудника теоретического сектора Самарского филиала ФИАН Антона Кренца.
Перспективы практического применения
Кренц подчеркнул, что, обладая знаниями о принципах работы «викселей», можно управлять их хаотической динамикой. Это даст возможность разрабатывать на основе «викселей» нанолазеры — полупроводниковые устройства размерами в несколько сотен нанометров. На их основе можно создавать миниатюрные оптические нейронные сети нового поколения — скоростные и энергоэффективные, схожие по устройству с мозгом живых существ. Они могут найти применение не только в системах искусственного интеллекта, но и в медицине, телекоммуникациях.
Ученые полагают, что их исследование открывает путь к созданию принципиально новых систем искусственного интеллекта для распознавания образов, принятия решений и обработки больших данных. Принцип работы «викселя» по характеру взаимодействия лучей в нем схож с работой нейронов в мозге живых существ. Поэтому нейросеть, построенная на «викселях», сможет обрабатывать информацию всей своей площадью со скоростью света и с колоссальной энергоэффективностью, считают авторы исследования.
| 24.09.25 | 11.09.2025 Первое студенческое агентство. Самарские ученые открыли путь к созданию «светового мозга» для искусственного интеллекта |
Ученые Самарского университета имени Королева и их коллеги из Самарского филиала ФИАН РАН сделали значительный шаг вперед в области фотоники. Они обнаружили скрытые закономерности в хаотичном поведении лазерных лучей и выяснили, как превратить их в базовые элементы для искусственного интеллекта — фотонные нейроны. Об этом сообщила пресс-служба университета, ссылаясь на публикацию в ТАСС.
Исследование, опубликованное на портале «Наука» ТАСС, показало, что луч специального лазера (VCSEL) при определенных условиях создает сложные упорядоченные структуры, или «оптические узоры», вместо ожидаемого сфокусированного пучка света. С помощью математического моделирования ученые смогли точно предсказать параметры этого эффекта.
«Мы выявили и рассчитали, при каком стечении обстоятельств возникает хаотическая динамика и каким именно образом луч меняет свою внутреннюю структуру. Более того, мы научились вычислять условия, при которых в этом хаосе рождается строгая пространственно-временная упорядоченность», — пояснил старший научный сотрудник Антон Кренц, один из авторов исследования.
Перспективы применения
Открытие открывает путь к созданию новых вычислительных систем. Управляя хаотической динамикой лазерных лучей, ученые смогут разрабатывать миниатюрные нанолазеры размером в несколько сотен нанометров. Эти устройства станут основой для оптических нейросетей будущего, которые будут обрабатывать информацию со скоростью света и при низком энергопотреблении.
По архитектуре такие сети будут напоминать человеческий мозг и найдут применение не только в задачах искусственного интеллекта, таких как распознавание образов и анализ больших данных, но и в медицине и телекоммуникациях.
Источник: ТАСС Наука
| 24.09.25 | 11.09.2025 Интерфакс. Самарские физики рассчитали условия для превращения лазера в фотонные нейроны |
Самара. 11 сентября. ИНТЕРФАКС - Ученые Самарского университета имени Королева и Самарского филиала Физического института имени П.Н. Лебедева РАН рассчитали условия, при которых луч лазера меняет внутреннюю структуру, превращаясь в фотонные нейроны, сообщает пресс-служба университета имени Королева.
"Наша научная группа изучает перспективы использования в таких (оптических - ИФ) нейросетях одной из разновидностей лазеров - так называемого VCSEL ("виксель"). Этот диодный полупроводниковый лазер с вертикальным резонатором излучает свет по-другому, чем обычные лазерные диоды, и, как показывают полученные данные, он обладает свойствами, подходящими для применения таких лазеров в качестве фотонных нейронов", - цитирует пресс-служба одного из авторов исследования, доцента кафедры физики, старшего научного сотрудника Научно-образовательного центра физики неравновесных открытых систем Самарского университета им. Королёва, научного сотрудника теоретического сектора Самарского филиала Физического института им. П.Н. Лебедева РАН Антона Кренца.
Для работы в качестве фотонных нейронов особенно важна способность "викселей" формировать широкий пучок, то есть вместо узкого сфокусированного луча генерировать расходящийся, расплывчатый пучок, проявляющий хаотическую динамику.
"Порой "виксели" начинают генерировать не то, что обычно ожидается, - вместо сфокусированного луча возникает сильно расходящийся пучок, это называется хаотической динамикой. Мы выявили и рассчитали параметры, при которых это происходит и каким именно образом это происходит - для этого должно возникнуть определенное стечение обстоятельств. Кроме того, в этом состоянии хаотической динамики лазеры могут образовывать сложные упорядоченные пространственно-временные структуры, своего рода оптические "узоры", и мы также рассчитали условия, при которых это происходит, и какие именно структуры возникают в лазерном луче. То есть, зная теперь, как это все образуется и от чего зависит, мы получаем возможность этим управлять", - отмечает Кренц.
Более того, нейросеть, построенная на таких "викселях", сможет обрабатывать информацию всей своей площадью со скоростью света.
"На основе таких фотонных нейронов можно будет создавать миниатюрные оптические нейронные сети нового поколения - скоростные и энергоэффективные, схожие по устройству с мозгом живых существ", - подчеркнул ученый.
Исследование проведено при поддержке министерства науки и высшего образования РФ в рамках проектов государственного задания образовательным и исследовательским институтам.
