Processador de luz agora faz qualquer clculo na hora e sem gastar energia


Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 30/09/2021

Processador de luz agora faz qualquer c

Clculo de uma transformada arbitrria usando o processador de luz passivo – a nica energia gasta a da luz que incide no dispositivo para fazer o clculo instantaneamente.
[Imagem: Ozcan Lab/UCLA]

Processador de luz

H alguns anos, a equipe do professor Aydogan Ozcan, da Universidade da Califrnia de Los Angeles, vem inovando na rea dos processadores de luz, verdadeiros computadores sem nenhum componente eletrnico.

O processador de luz formado por uma srie de superfcies opticamente difrativas, impressas em 3-D e superpostas em camadas, que trabalham em conjunto para processar as informaes e resolver equaes complexas na velocidade da luz – a resposta sai direto na ltima camada.

Cada ponto em cada camada projetado para funcionar como um neurnio artificial, que conectado aos neurnios das camadas seguintes por difrao ptica – a difrao o redirecionamento, ou espalhamento, da onda quando ela encontra um obstculo.

Isto permite executar instantaneamente diferentes formas de transformaes lineares, como a transformada de Fourier, til em um sem-nmero de aplicaes, mas intensiva em computao. Com isto, a velocidade dos programas hoje limitada pela capacidade do processador eletrnico que est sendo usado, o que cria um gargalo conforme os dados e o tamanho da imagem aumentam.

A soluo adotada por Ozcan – e vrias outras equipes – para esse problema substituir os processadores digitais por processadores pticos, usando a luz para processar as informaes na velocidade ltima do Universo – a soluo da transformada virtualmente instantnea.

Processador de luz agora faz qualquer c

Prottipo e princpio de funcionamento do processador de luz, formado por camadas difrativas.
[Imagem: J. Li et al. – 10.1126/sciadv.abd7690]

Processador de luz para clculos arbitrrios

A equipe agora deu um novo nvel de flexibilidade e versatilidade aos seus processadores pticos passivos, com um mtodo de projeto das camadas refrativas baseado em aprendizado profundo, o que permitiu fazer uma computao totalmente ptica de uma transformao linear arbitrria, e no mais de clculos especficos.

As demonstraes feitas pela equipe indicam que o projeto baseado em aprendizagem profunda desses processadores difrativos totalmente pticos pode sintetizar com preciso qualquer transformao linear arbitrria entre um plano de entrada e um plano de sada, e a preciso e a eficincia de difrao das transformaes pticas resultantes melhoram significativamente conforme o nmero de superfcies difrativas aumenta.

Isso confirma que processadores difrativos mais profundos – com mais nveis e, portanto, mais neurnios – so mais poderosos em termos computacionais.

O mtodo foi demonstrado com sucesso realizando uma ampla gama de transformaes lineares, incluindo, por exemplo, transformaes de fase e de amplitude geradas aleatoriamente, a transformada de Fourier, permutao de imagem e operaes de filtragem.

Segundo a equipe, esta estrutura de computao pode ser amplamente aplicada a qualquer parte do espectro eletromagntico, realizar universalmente uma transformao linear arbitrria de valor complexo e pode ser usada para formar redes de processamento de informaes totalmente pticas “para executar uma tarefa computacional desejada entre um plano de entrada e sada, fornecendo uma alternativa passiva e sem energia aos processadores digitais”.

Bibliografia:

Artigo: All-optical synthesis of an arbitrary linear transformation using diffractive surfaces
Autores: Onur Kulce, Deniz Mengu, Yair Rivenson, Aydogan Ozcan
Revista: Light: Science & Applications
Vol.: 10, Article number: 196
DOI: 10.1038/s41377-021-00623-5

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