Onderzoekers ontwikkelen een manier om optische neurale netwerken nauwkeuriger te maken en vatbaarder voor verschillende hardwarefouten.
Rekenmodellen worden intrinsiek complex en deze complexiteit moet worden aangepakt. Een oplossing voor dit probleem was het vervangen van het elektrische netwerk door een optisch netwerk. Deze analoge apparaten kunnen vele malen sneller werken terwijl ze veel minder energie verbruiken. Maar omdat het een analoog apparaat is, wordt het vatbaar voor hardwarefouten die berekeningen minder nauwkeurig kunnen maken.
Onderzoekers van MIT hebben een manier ontwikkeld om een optisch neuraal netwerk effectief te schalen. Door een kleine hardwarecomponent toe te voegen aan de optische schakelaars die de architectuur van het netwerk vormen, kunnen ze zelfs de niet-corrigeerbare fouten verminderen die zich anders in het apparaat zouden ophopen. Dit zou een supersnel, energiezuinig, analoog neuraal netwerk mogelijk kunnen maken dat met dezelfde nauwkeurigheid kan functioneren als een digitaal netwerk. Met deze techniek neemt, naarmate een optisch circuit groter wordt, de hoeveelheid fouten in de berekeningen zelfs af.
Een optisch neuraal netwerk bestaat uit vele verbonden componenten die functioneren als herprogrammeerbare, afstembare spiegels. Deze afstembare spiegels worden Mach-Zehnder Inferometers (MZI) genoemd. Neurale netwerkgegevens worden gecodeerd in licht, dat door een laser in het optische neurale netwerk wordt geschoten.
Onderzoekers hebben een nieuw type MZI ontwikkeld dat bestaat uit een extra straalsplitser aan het uiteinde van het apparaat, genaamd ‘3-MZI’ omdat het drie straalsplitsers heeft in plaats van twee. Door de manier waarop deze extra bundelsplitser het licht mengt, wordt het voor een MZI veel gemakkelijker om de instelling te bereiken die nodig is om al het licht van buitenaf door de onderste poort te sturen.
Het team voerde meerdere simulaties uit om hun architectuur te testen, waarbij ze ontdekten dat het veel van de niet-corrigeerbare fouten kan elimineren die de nauwkeurigheid belemmeren. En naarmate het optische neurale netwerk groter wordt, neemt de hoeveelheid fouten in het apparaat zelfs af – het tegenovergestelde van wat er gebeurt in een apparaat met standaard MZI’s. Met behulp van 3-MZI’s zouden ze mogelijk een apparaat kunnen maken dat groot genoeg is voor commercieel gebruik met een fout die met een factor 20 is verminderd.
Referenties: “Asymptotisch fouttolerante programmeerbare fotonica”, Natuurcommunicatie (2022).
