Впервые глубокая оптическая нейросеть стала детектором скирмионов

В Витватерсрандском университете (Wits) разработали глубокую оптическую нейросеть. Описание «мозга на свету», способного распознавать скрытую информацию в сложных световых картинах, приведено на страницах Nature Communications.

«Формирование световых узоров, выступающих в роли алфавита для связи, имеет смысл только в том случае, если мы умеем считывать их так же быстро, как создаем. Мы нашли более простой способ сделать это: мы извлекаем нужную информацию, не прибегая предварительно к детальной съемке. Это поможет превратить столь необычные световые структуры в практичные носители информации для будущих систем связи», — надеется физик-оптик Айзек Напе из Института машинного интеллекта и нейрооткрытий Wits, руководивший исследованием.

Прорыв южноафриканских исследователей состоит в том, что они первые сумели превратить дифракционную глубокую оптическую нейросеть в детектор скирмионов. Понять, что это, непросто. Но Напе старается объяснять максимально доступно. Допустим, у нас есть скрученная лента. Как ни складывай и ни сгибай ее, число витков остается неизменным. Свет также может нести подобные скрытые особенности, которые ученые называют «топологией».

Вместо того чтобы делать детальный снимок и анализировать тысячи отдельных точек, новая система пропускает свет через специально спроектированные слои, которые направляют его к детекторам. То, куда попадает свет, и раскрывает заключенную в нем информацию.

«Не нужно отображать каждую складку нашей световой „ткани“, чтобы сосчитать витки. Наша сеть выделяет то, что действительно важно, и помогает быстро определить топологию», — говорит инженер-оптик Хадриан Безёйденхаут, ведущий автор исследования.

После обучения всего на 15 примерах «мозг на свету» успешно распознал 81 различные световые структуры из изученного семейства — включая те, что он раньше не встречал. Он также продолжал работать, когда сигналы намеренно зашумляли, что говорит о потенциале для считывания информации в неидеальных условиях.

На топологии света, а не на его классических параметрах будут работать и квантовый, и классический интернет, считают ученые.

«Но создать такие световые узоры — лишь половина дела. Нужны еще практичные способы их считывать, и этот измерительный инструментарий пока только разрабатывается. Наша работа показывает, как выход за пределы фотоники помогает его построить», — отмечает профессор Эндрю Форбс, заведующий Лаборатории структурированного света в Wits.

«Мы надеемся, что это только начало, — согласен Напе. — Помимо топологии, мы хотим изучить, как оптический интеллект может внести вклад в квантовые технологии в Южной Африке. Извлечение информации из отдельных частиц света ставит еще более сложные измерительные задачи, и нам интересно исследовать, как эти инструменты помогут с ними справиться».

Создан первый в мире программируемый фотонный чип

Впервые данные передали по воздуху лазером без предыскажений — и без ошибок

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX