Анализирует данные почти со скоростью света: в Самаре изготовили экспериментальный образец фотонного вычислителя

до ноября планируется провести серию экспериментов. Фото: пресс-служба Самарского университета

В Самаре изготовили экспериментальный образец аналоговой фотонной вычислительной системы. Он может обрабатывать видеоданные в сотни раз быстрее, чем это делают современные цифровые нейросети. Устройство разработали ученые Самарского университета имени С.П. Королева. Рассказываем, какими преимуществами обладает фотонный вычислитель и чем будет полезен.

Сверхбыстрый анализ данных

Оптическая нейросеть на основе фотонного вычислителя сможет в режиме реального времени анализировать видеопоток, который будет поступать в систему. При этом практически мгновенно устройство распознает и найдет в этом видеопотоке объекты и изображения, заданные к поиску.

С помощью разработки получится анализировать «картинку» с обычной видеокамеры, оперативно анализировать данные, получаемые с помощью гиперспектрометров. Эти устройства видят реальность в многоканальном спектральном отображении и позволяют находить невидимые для обычных средств наблюдения объекты. Например, с помощью гиперспектрометров можно эффективно обнаруживать парниковые газы, фиксируя выбросы метана и CO2, вести геологоразведку труднодоступных территорий, выявлять из космоса минералы, месторождения нефти и природного газа, фиксировать лесные пожары.

У аналоговых оптических вычислительных систем следующие преимущества: быстродействие, широкий спектральный диапазон, полная защищенность от электромагнитных помех, малое потребление энергии и возможность параллельной обработки данных. Также экспериментальный вычислитель компактен и может уместиться в корпусе размером с небольшой системный блок компьютера. Разработчики решили пока разместить отдельно оптическую часть устройства и электронные блоки.

Будут проводиться эксперименты

На данный момент сборка экспериментального образца аналогового фотонного вычислителя уже завершена. На него установили все детали и компоненты, дальше предстоит настроить, откалибровать и отрегулировать всю систему. Ожидается, что это будет сделано в сентябре.

После этого до ноября планируется провести серию экспериментов. Они покажут на практике, на что способна экспериментальная версия вычислителя. В ходе экспериментов будут анализироваться, в том числе, данные, получаемые с двухдиапазонного гиперспектрометра, тоже разработанного в университете.

— Возможность анализа гиперспектральных данных можно назвать ключевой особенностью нашего вычислителя. Он может распознавать и классифицировать заданные объекты в видеопотоке почти со скоростью света, что позволит очень оперативно обрабатывать гиперспектральные данные, которые изначально представляют собой очень значительные по объему массивы информации, — рассказал профессор кафедры технической кибернетики университета Роман Скиданов.

Актуальность устройств возрастает

Схема системы, которая может вести полностью оптическую обработку поступающей информации, была впервые предложена еще в 1958 году. Активное развитие этого направления пришлось на 80-е годы прошлого века. Однако потом применение подобных устройств практически сошло на нет из-за их громоздкости и развития цифровой техники. Последние годы актуальность данной сферы растет. Этому способствовали появление новых материалов и создание компактной оптики с особой структурой.

В 2023 году в университете собрали демонстрационный образец фотонного вычислителя. В ходе экспериментов он подтвердил работоспособность выбранной схемы устройства. Надежность распознавания на демонстрационном образце составила тогда 93,75%.

А в новой экспериментальной версии использованы компоненты с улучшенными характеристиками и установлен другой лазер – диодного типа, который более компактный и обладает меньшей когерентностью. Это может улучшить точность распознавания. В 2025 году самарские ученые планируют изготовить и испытать опытный образец вычислителя, который может стать практически предсерийным.