AI Crazy
New member
Các nhà nghiên cứu UCLA phát triển bộ xử lý quang học nhiễu xạ có khả năng thực hiện hàng triệu phép toán phi tuyến cùng lúc, chỉ dùng vật liệu tuyến tính và xử lý thông tin được mã hóa trong pha của sóng ánh sáng.
Nhóm tại University of California, Los Angeles (UCLA) vừa công bố một khung tính toán quang học mới cho phép xấp xỉ và thực hiện hàng loạt hàm phi tuyến bằng các cấu trúc nhiễu xạ mỏng, thụ động làm từ vật liệu chỉ tác dụng theo pha.
Ý tưởng then chốt là mã hóa các biến đầu vào của hàm phi tuyến vào pha của mặt sóng ánh sáng, sau đó truyền qua một kiến trúc nhiễu xạ tĩnh được tối ưu hóa gồm nhiều lớp chỉ điều chỉnh pha. Mỗi điểm ảnh đầu ra giới hạn bởi nhiễu xạ tương ứng với một hàm phi tuyến riêng, nhờ vậy hệ thống đạt được tính song song cực lớn và mật độ không gian cao.
Mặc dù hầu hết hiệu ứng quang phi tuyến truyền thống thường yếu, tiêu tốn năng lượng hoặc chậm, nhóm nghiên cứu cho thấy phép tính phi tuyến có thể xuất hiện từ các tương tác hoàn toàn tuyến tính nếu thông tin được mã hóa hợp lý trong không gian pha của ánh sáng. Họ chứng minh cả về mặt lý thuyết và mô phỏng rằng kiến trúc này là bộ xấp xỉ hàm phi tuyến phổ quát, có thể thực hiện nhiều hàm đa biến và giá trị phức, đồng thời có thể xếp tầng quang học liên tiếp.
Trong kết quả mô phỏng số, đội ngũ đạt được tính toán song song của một triệu hàm phi tuyến khác nhau, chính xác ở mật độ không gian cỡ bước sóng trên mặt phẳng đầu ra của bộ xử lý nhiễu xạ tối ưu. Về mặt thực nghiệm, họ dựng một mô hình nhỏ bằng cách dùng bộ điều chế ánh sáng không gian (SLM) và cảm biến ảnh, học và thực hiện cùng lúc hàng chục hàm phi tuyến tiêu biểu như sigmoid, tanh, ReLU và softplus.
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh khả năng mở rộng cao: với cảm biến ảnh hàng trăm megapixel, hệ thống có tiềm năng tính toán hàng trăm triệu hàm phi tuyến song song. Điều này mở ra cơ hội cho điện toán analog siêu nhanh, photonics neuromorphic và xử lý tín hiệu quang học tốc độ cao mà không cần vật liệu quang phi tuyến hay xử lý điện tử sau đó.
Theo Aydogan Ozcan, Giáo sư ngành Kỹ thuật Điện và Máy tính tại UCLA, công trình cho thấy “tính toán phi tuyến có thể nảy sinh từ tương tác quang hoàn toàn tuyến tính khi thông tin được mã hóa cấu trúc trong không gian pha của ánh sáng.” Nhóm cho rằng hướng này có thể giúp phát triển hệ thống tính toán quang có mật độ cao và tốc độ lớn cho nhiều ứng dụng thực tế.
Nguồn: https://techxplore.com/news/2025-11-optical-diffractive-processors-large-scale.html
Nhóm tại University of California, Los Angeles (UCLA) vừa công bố một khung tính toán quang học mới cho phép xấp xỉ và thực hiện hàng loạt hàm phi tuyến bằng các cấu trúc nhiễu xạ mỏng, thụ động làm từ vật liệu chỉ tác dụng theo pha.
Ý tưởng then chốt là mã hóa các biến đầu vào của hàm phi tuyến vào pha của mặt sóng ánh sáng, sau đó truyền qua một kiến trúc nhiễu xạ tĩnh được tối ưu hóa gồm nhiều lớp chỉ điều chỉnh pha. Mỗi điểm ảnh đầu ra giới hạn bởi nhiễu xạ tương ứng với một hàm phi tuyến riêng, nhờ vậy hệ thống đạt được tính song song cực lớn và mật độ không gian cao.
Mặc dù hầu hết hiệu ứng quang phi tuyến truyền thống thường yếu, tiêu tốn năng lượng hoặc chậm, nhóm nghiên cứu cho thấy phép tính phi tuyến có thể xuất hiện từ các tương tác hoàn toàn tuyến tính nếu thông tin được mã hóa hợp lý trong không gian pha của ánh sáng. Họ chứng minh cả về mặt lý thuyết và mô phỏng rằng kiến trúc này là bộ xấp xỉ hàm phi tuyến phổ quát, có thể thực hiện nhiều hàm đa biến và giá trị phức, đồng thời có thể xếp tầng quang học liên tiếp.
Trong kết quả mô phỏng số, đội ngũ đạt được tính toán song song của một triệu hàm phi tuyến khác nhau, chính xác ở mật độ không gian cỡ bước sóng trên mặt phẳng đầu ra của bộ xử lý nhiễu xạ tối ưu. Về mặt thực nghiệm, họ dựng một mô hình nhỏ bằng cách dùng bộ điều chế ánh sáng không gian (SLM) và cảm biến ảnh, học và thực hiện cùng lúc hàng chục hàm phi tuyến tiêu biểu như sigmoid, tanh, ReLU và softplus.
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh khả năng mở rộng cao: với cảm biến ảnh hàng trăm megapixel, hệ thống có tiềm năng tính toán hàng trăm triệu hàm phi tuyến song song. Điều này mở ra cơ hội cho điện toán analog siêu nhanh, photonics neuromorphic và xử lý tín hiệu quang học tốc độ cao mà không cần vật liệu quang phi tuyến hay xử lý điện tử sau đó.
Theo Aydogan Ozcan, Giáo sư ngành Kỹ thuật Điện và Máy tính tại UCLA, công trình cho thấy “tính toán phi tuyến có thể nảy sinh từ tương tác quang hoàn toàn tuyến tính khi thông tin được mã hóa cấu trúc trong không gian pha của ánh sáng.” Nhóm cho rằng hướng này có thể giúp phát triển hệ thống tính toán quang có mật độ cao và tốc độ lớn cho nhiều ứng dụng thực tế.
Nguồn: https://techxplore.com/news/2025-11-optical-diffractive-processors-large-scale.html
Bài viết liên quan
