Исследователи из Университета Аалто (Финляндия) разработали инновационный метод выполнения тензорных операций с использованием волн света, который способен существенно ускорить вычисления в задачах ИИ. Тензорные операции составляют основу большинства современных технологий ИИ, включая распознавание изображений и обработку естественного языка. С ростом объемов данных современные графические процессоры сталкиваются с ограничениями быстродействия, масштабируемости и энергопотребления.

В отличие от классических методов вычислений, где операции совершаются поэтапно, новый подход основан на способности света выполнять одновременно все вычислительные операции за один проход. Кодирование цифровых данных исследователи осуществляли посредством модуляции амплитуды и фазы световых волн. На основе их взаимодействия выполнялись такие математические операции с закодированными данными, как умножение матриц и тензоров, которые являются основой многих алгоритмов машинного обучения и ИИ.

Важнейшим инновационным решением стало применение нескольких длин волн, что позволило расширить возможности вычислений до более высоких порядков тензорных операций. Преимущество такого  метода заключается в его пассивности. Вычисления по мере распространения света происходят естественным образом без необходимости активного управления или переключения электронных компонентов во время работы. Это позволяет внедрять технологию практически на любой оптической платформе.

Использование света для тензорных вычислений открывает перспективы преодоления существующих барьеров, делая операции сверхбыстрыми и энергоэффективными. Это важно не только для теоретического понимания и развития фотоники, но имеет также и практическое значение для ускорения решения многих прикладных задач. Разработанная технология предоставляет возможность создания быстрых, компактных и энергоэффективных оптических процессоров нового поколения, способных обрабатывать огромные объемы информации в реальном времени с минимальными энергозатратами.

В дальнейшем планируется интегрировать созданную технологию непосредственно в фотонные чипы, что предоставит возможность низкоэнергетического выполнения сложных задач ИИ на базе оптических процессоров. Исследователи прогнозируют, что уже в ближайшие 3-5 лет данная технология будет внедрена в существующие аппаратные платформы крупных компаний.

В целом, разработка обещает создать перспективное поколение оптических вычислительных систем, которые смогут существенно ускорить обработку сложных ИИ-задач в самых разных областях — от медицины до промышленности, говорится в публикации в журнале Nature Photonics.