科大研究团队研发全球首个全光学多层神经网络 有助研发新一代人工智能硬件
香港科技大学(科大)的科研人员成功研发全球首个可用作深度机器学习(machine learning)的全光学神经网络,不但能让人工智能在处理较复杂的问题上﹕例如辨识事物之间的关系或风险评估等范畴,进一步追近人类,更可在能耗大幅度降低的情况下,以光速进行运算。
一直以来,光学网络操作仅限于线性*运算,但只靠线性运算并不能让神经网络模拟人类大脑运作而达至「深度学习」(Deep Learning)。人工智能要掌握深度学习,需具有「非线性启动函数」(non-linear activation functions) 的多层神经网络。然而,在现存的光电混合神经网络中,模拟人类大脑响应方式的「非线性启动函数」乃透过电来实现,这限制了光学网络的指令周期及能力。现在,由科大物理学系教授杜胜望及助理教授刘军伟所带领的研究团队,实现了首个全光学多层神经网络,为构建大规模的光学神经网络推进一步。
为突破限制,研究团队利用冷原子介质内只需极低激光功率便能运作的「电磁波引发透明效应」(electromagnetically induced transparency, EIT),来实现非线性启用函式,并制作了一个双层全光学的神经网络。为测试成效,团队利用这个网络,对凝聚态物理学易辛模型(Ising model)中的有序相和无序相进行分类,发现与高性能电脑神经网络运算的结果一样准确。
杜教授表示﹕「虽然我们现在的成果只是一个概念验证(proof-of-principle)的测试,但它表明新一代的光学人工智能—即在低能耗的情况下进行快速运算,是有可能的。」
刘教授补充谓:「未来,我们希望扩大此技术的规模,构建一个更大型、更复杂的全光学神经网络,以作图像识别等实际应用。」
研究结果近日刊登于权威期刊《Optica》,并获美国光学学会撰写新闻稿介绍。
*即算术中的加减法及乘法
有关香港科技大学
香港科技大学(www.ust.hk)是国际知名的研究型大学,其科学、工程、商业管理及人文社会科学领域,均臻达世界一流水平。科大校园国际化,提供全人教育及跨学科研究,培育具国际视野、创业精神及创新思维的优秀人才。科大的研究于香港的大学教育资助委员会「2014研究评审工作」获得最多「世界领先」评级,亦于最新的《泰晤士高等教育全球年轻大学排名榜2019》中排行第一,而科大的毕业生在2018年度的全球大学就业能力调查排名第16位,位列大中华院校之首。
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