САМАРА, 11 сентября. /ТАСС/. 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.
