Фотонните интегрални схеми, чиято конфигурация може да се променя, са създавани и преди. Но този процес винаги е бил сложен и е изисквал разбиране на вътрешната структура и принципите на работа на микрочипа. Китайски учени са разработили лесен за използване оптичен чип, който се адаптира към околната среда, променяйки функциите си. Устройството може да се използва в оптичните невронни мрежи, за класификация на данни, разпознаване на жестове и реч, за решаване на специфични задачи и т.н.

„Нашият нов чип може да се счита за нещо като черна кутия, което означава, че потребителят не трябва да разбира вътрешната му структура, за да промени неговите функции“, казва Донг Джианджи от Huazhong University of Science and Technology, ръководител на изследователския екип. „Трябва да се зададе целта на обучението и под контрола на компютъра чипът ще се преконфигурира, за да постигне желаната функционалност въз основа на входните и изходните данни“.

Архитектурата на новия чип се основава на четиристранно разположени интерферометри на Мах-Цендер – специални двулъчеви оптични елементи, които разделят единичен лъчев сноп на няколко кохерентни лъча. Както показват учените, чипът може да се преконфигурира, за да извършва оптично маршрутизиране, разпределение на светлинната енергия с ниски загуби и матрични изчисления, които се използват за създаване на невронни мрежи.

Подобен оптичен чип може да се използва в бъдеще в оптичните невронни мрежи, състоящи се от взаимосвързани възли. За да работи ефективно, една оптична невронна мрежа трябва да бъде обучена да определя параметрите на всяка двойка възли. Тази задача изисква матрично умножение, пише Science Daily.

Разработеният от учените чип самостоятелно променя своята конфигурацията чрез регулиране на напрежението върху електродите, което създава различни пътища за разпространение на светлината в четириъгълната мрежа. Алгоритъмът за градиентно снижение увеличава скоростта на сходимост на функцията на стойността, която измерва точността на мрежата по време на всяка итерация на обучение. След всяка итерация чипът актуализира напрежението на всички свързани електроди, а не стойността на само една променлива, което допълнително подобрява скоростта на сходимост на функцията на стойността. Всичко това рязко намалява времето за обучение.

Учените демонстрираха, че новият фотонен чип може да извършва определени матрични изчисления, като за първи път потвърдиха ефективността на мрежа от интерферометри на Мах-Цендер в четириъгълна конфигурация. Грешката между резултатите от обучението и целевите матрици е минимална.

Те показаха също така оптично маршрутизиране – специален случай на матрично изчисление – с висок коефициент на контрастиране. То може да бъде приложено в процесорите на центровете за данни и устройствата за съхранение за ефективно пренасочване на оптичните сигнали.