이전 설계보다 훨씬 효율적으로 수학 연산을 수행할 수 있는 새로운 실리콘 포토닉스 플랫폼이 공개되었습니다. 네이더 엔게타 그리고 펜실베니아 대학의 동료들. 미국에 본사를 둔 팀은 자사 시스템이 광 컴퓨팅 분야의 발전을 가속화할 것으로 기대하고 있습니다.
아날로그 광학 컴퓨터는 기존 디지털 컴퓨터보다 특정 계산을 더 효율적으로 수행할 수 있습니다. 그들은 정보를 광 신호로 인코딩한 다음 정보를 처리하는 광학 구성 요소를 통해 신호를 보내는 방식으로 작동합니다. 응용 분야에는 광학 이미징, 신호 처리 및 방정식 풀이가 포함됩니다.
이러한 구성요소 중 일부는 빛의 파장과 같거나 더 작은 크기의 구조 배열을 포함하는 광자 메타물질로 만들어질 수 있습니다. 이러한 구조의 크기와 분포를 신중하게 제어함으로써 다양한 정보 처리 구성 요소를 만들 수 있습니다.
최초의 아날로그 광학 컴퓨터를 만드는 데 사용된 부피가 큰 렌즈 및 필터와 달리 광자 메타물질 기반 장치는 더 작고 소형 회로에 통합하기가 더 쉽습니다.
수학 연산
지난 2014년 동안 Engheta 팀은 이러한 구성 요소 개발에 몇 가지 중요한 기여를 했습니다. XNUMX년부터 그들은 광 신호에 대한 수학적 연산을 수행하는 데 광자 메타물질을 사용할 수 있음을 보여주었습니다.
그들은 이후 이 연구를 확장했습니다. Engheta는 “2019년에 우리는 방정식을 풀 수 있는 메타물질이라는 아이디어를 소개했습니다. "그런 다음 2021년에 우리는 이 아이디어를 동시에 두 개 이상의 방정식을 풀 수 있는 구조로 확장했습니다." 2023년에 팀은 초박형 광학 메타그레이팅을 제작하기 위한 새로운 접근 방식을 개발했습니다.
Engheta와 동료들은 이제 일부 인공 지능 시스템에 사용되는 인공 신경망에 필수적인 작업인 벡터-행렬 곱셈에 관심을 두었습니다. 연구팀은 벡터-행렬 곱셈을 수행할 수 있는 최초의 광자 나노구조를 만들었습니다. 이 재료는 광학 부품을 실리콘 기판에 통합하는 실리콘 포토닉스(SiPh) 플랫폼을 사용하여 만들어졌습니다.
역설계
연구진은 또한 역설계 절차도 사용했습니다. 알려진 나노구조를 취하여 그것이 올바른 광학적 특성을 가지고 있는지 결정하는 대신, 역설계는 원하는 광학적 특성 세트로 시작됩니다. 그런 다음 광자 구조가 이러한 특성을 갖도록 역설계됩니다. 이 접근 방식을 사용하여 팀은 빛으로 벡터 행렬 곱셈을 수행하는 데 적합한 매우 컴팩트한 재료를 설계했습니다.
편광 스위치는 초고속 광자 컴퓨터를 만듭니다.
"역설계 방법과 SiPh 플랫폼을 결합함으로써 우리는 10-30 마이크론 정도의 크기와 150-220 nm 범위의 실리콘 두께를 갖는 구조를 설계할 수 있었습니다"라고 Engheta는 설명합니다.
팀은 새로운 광자 플랫폼이 기존 기술보다 훨씬 효율적으로 벡터-행렬 곱셈을 수행할 수 있다고 말합니다. Engheta는 또한 플랫폼이 기존 시스템보다 더 안전하다고 지적합니다. “이 벡터-행렬 곱셈 계산은 광학적으로 동시에 수행되므로 중간 단계 정보를 저장할 필요가 없습니다. 따라서 결과와 과정이 해킹에 덜 취약하다”고 말했다.
팀은 그들의 접근 방식이 인공 지능이 구현되는 방식에 중요한 영향을 미칠 것으로 예상합니다.
연구는 다음에 설명되어 있습니다. 자연 Photonics.
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