Proses neuron buatan berbasis laser baru set data besar dengan kecepatan tinggi

Para ilmuwan telah mengembangkan jenis baru neuron buatan berbasis laser yang meniru sel saraf biologis. Neuron buatan ini dapat meningkatkan komputasi berkecepatan tinggi dan kecerdasan buatan (AI), kata para peneliti.
Neuron buatan meniru sel saraf dengan mengaktifkan begitu mereka mencapai ambang informasi tertentu. Ketika neuron biologis mengambil informasi yang cukup dari jenis informasi yang tepat, ia menghasilkan pulsa listrik untuk berkomunikasi dengan neuron di dekatnya. Demikian pula, neuron buatan memproses dan mengirimkan informasi komputasi hanya setelah mereka mengambil sejumlah data elektronik yang relevan.
Neuron buatan yang ada, yang dikenal sebagai neuron spiking fotonik, meniru neuron spiking biologis dengan menanggapi sinyal input ini dengan paku all-or-nothing, on-and-off. Tetapi cara di mana neuron menerima sinyal input itu berarti bahwa, untuk waktu yang singkat setelah setiap lonjakan, mereka tidak dapat menanggapi input baru. Periode reset singkat ini menempatkan batas kecepatan pada perhitungan yang dilakukan dengan neuron spiking buatan.
Tetapi neuron buatan baru mengirimkan informasi melalui sinyal “bertingkat” dengan intensitas variabel. Dalam studi baru, diterbitkan 19 Desember 2024 di jurnal Optikpara peneliti menggunakan sistem neuron bertingkat untuk melampaui batas kecepatan neuron spiking. Sama seperti neuron bertingkat biologis atau “non-spiking”, sistem berbasis laser menghasilkan sinyal output yang semakin kuat dalam menanggapi rangsangan berturut-turut, sehingga tidak memerlukan periode reset yang sama dengan neuron paku. Akibatnya, neuron buatan baru mentransmisikan data hingga 100.000 kali lebih cepat daripada neuron spiking buatan.
Para peneliti memasukkan neuron bertingkat ke dalam sistem komputasi reservoir – sejenis buatan jaringan saraf Mana yang memproses data tergantung waktu. Mereka menggunakan sistem ini untuk memindai 700 sampel detak jantung untuk aritmia. Reservoir memproses detak jantung ini dengan kecepatan 100 juta detak jantung per detik – jauh lebih cepat daripada jaringan saraf yang melonjak. Sistem baru mendeteksi pola aritmia dengan akurasi lebih dari 98%. Dalam percobaan terpisah, sistem menganalisis dan mengklasifikasikan angka tulisan tangan pada tingkat hampir 35 juta digit per detik dengan akurasi 92%.
“Dengan efek memori yang kuat dan kemampuan pemrosesan informasi yang sangat baik, neuron bertingkat laser tunggal dapat berperilaku seperti jaringan saraf kecil,” rekan penulis studi Charan Huangseorang insinyur di Universitas Cina Hong Kong, mengatakan dalam a penyataan. “Oleh karena itu, bahkan neuron bertingkat laser tunggal tanpa koneksi kompleks tambahan dapat melakukan tugas pembelajaran mesin dengan kinerja tinggi.”
Menghubungkan beberapa neuron bertingkat dapat menawarkan daya komputasi yang lebih besar. “Dalam karya ini, kami menggunakan neuron bertingkat laser tunggal, tetapi kami percaya bahwa cascading beberapa neuron bertingkat laser akan lebih jauh membuka potensi mereka, sama seperti otak memiliki miliaran neuron yang bekerja bersama dalam jaringan,” kata Huang.
“Teknologi kami dapat mempercepat pengambilan keputusan AI dalam aplikasi kritis waktu sambil mempertahankan akurasi tinggi,” tambah Huang. “Kami berharap integrasi teknologi kami ke dalam perangkat komputasi tepi-yang memproses data di dekat sumbernya-akan memfasilitasi sistem AI yang lebih cepat dan lebih pintar yang lebih baik melayani aplikasi dunia nyata dengan berkurangnya konsumsi energi di masa depan.”