Свет — источник интеллекта: как оптические волокна могут заменить компьютерные чипы и сделать ИИ более быстрым и экологичным

Искусственный интеллект (ИИ) — это одно из самых перспективных и востребованных направлений науки и технологии. ИИ применяется во многих областях, от биотехнологий и медицины до образования и развлечений. ИИ помогает решать сложные задачи, анализировать большие массивы данных, создавать новые продукты и услуги, улучшать качество жизни людей в целом.

Однако за все эти преимущества приходится платить высокую цену — не только финансовую, но и экологическую. Современные системы ИИ требуют огромных вычислительных ресурсов, которые обеспечиваются с помощью специализированных компьютерных чипов, содержащих тысячи электронных компонентов. Эти чипы потребляют много энергии, выделяют тепло, изнашиваются и загрязняют окружающую среду.

Например, для обучения одной из самых мощных языковых моделей ИИ — ChatGPT — потребовалось несколько гигаватт-часов энергии, что эквивалентно работе средней атомной электростанции на полной мощности в течение нескольких часов. Такой уровень энергопотребления не только нерентабелен, но и опасен для климата и экосистемы.

Как же можно сделать ИИ более энергоэффективным и экологичным? Ответ на этот вопрос предложили немецкие и канадские ученые, которые разработали инновационный метод создания вычислительных систем, основанных на свете, а не на электронике.

Их идея заключается в том, чтобы использовать уникальные свойства световых волн в оптических волокнах, чтобы создать искусственную систему обучения, способную выполнять задачи различных нейронных сетей — со скоростью света. В отличие от традиционных систем, которые полагаются на компьютерные чипы, их система использует одно лишь оптическое волокно.

Принцип работы этой системы заключается в том, что данные — будь то изображения, звуки, тексты или другие типы информации — кодируются на цветовых каналах ультракоротких световых импульсов, которые проходят через волокно, подвергаясь различным физическим преобразованиям. На выходе из волокна появляются новые цветовые комбинации, которые позволяют классифицировать данные или предсказывать их контекст.

Например, если на входе в волокно подать изображение рукописной цифры, то на выходе получится уникальный цветовой спектр, который будет служить «отпечатком пальца» для этой цифры. После обучения система сможет распознавать новые рукописные цифры, сравнивая их цветовые спектры с известными.

Такой метод позволяет существенно снизить энергопотребление и увеличить скорость обработки данных, так как световые волны перемещаются быстрее, чем электронные сигналы, и не требуют дополнительных устройств для усиления или конвертации. Кроме того, оптические волокна имеют меньший размер, вес и стоимость, чем электронные чипы, и не подвержены электромагнитным помехам или коррозии.

Ученые уже продемонстрировали эффективность своей системы на примере распознавания рукописных цифр. Система показала высокую точность и скорость, превосходя лучшие цифровые системы на сегодняшний день.