Различные виды сложных математических преобразований, таких, к примеру, как преобразование Фурье, достаточно широко используются в самых различных областях для обработки данных со всевозможных датчиков, данных фотоизображений и видеосъемки. Однако в большинстве случаев такие преобразования выполняются при помощи достаточно традиционных процессоров, ограниченных собственной вычислительной мощностью. И в особо тяжелых случаях, к примеру, при увеличении объема потока информации или увеличении размеров обрабатываемых изображений, даже использование специализированных высокопроизводительных DSP-процессоров не обеспечивает необходимого результата. Выходом из таких ситуаций может стать использование оптических процессоров, способных выполнять буквально со скоростью света любую математическую обработку, невзирая на уровень ее сложности.
Не так давно группа исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали основанный на технологиях глубинного машинного обучения метод, позволяющий рассчитывать и создавать специализированные оптические процессоры, предназначенные для вычислений математических преобразований практически любого уровня сложности. Оптический процессор представляет собой набор дифракционных решеток с очень сложной трехмерной структурой, установленных на определенном расстоянии друг от друга. Поток света, являющийся носителем исходной информации, проходя через последовательность дифракционных решеток, подвергается трансформациям и на выходе из процессора содержит в себе результаты математической обработки.
Достаточно просто догадаться, что весь алгоритм математических преобразований закодирован именно в виде количества, структуры дифракционных решеток и расстояния между ними. К сожалению, такой подход позволяет выполнять только один вид математических преобразований, но эти преобразования выполняются буквально со скоростью света и без каких-либо существенных затрат энергии, ведь все компоненты оптического процессора являются полностью пассивными компонентами. Единственными активными компонентами здесь являются источник света, модулятор, позволяющий закодировать в свете исходную информацию, и фотодетектор, считывающий результаты обработки. Но все эти компоненты не являются частью оптического процессора, они обеспечивают его работу, подобно микросхемам чипсета на материнских платах обычных компьютеров.
Во время исследований калифорнийские ученые, используя разработанный ими метод, создали ряд оптических процессоров, выполняющих определенный вид линейных математических преобразований, включая преобразования Фурье, обработку визуальной информации, фильтрацию и амплитудные преобразования зашумленных сигналов. А сейчас исследователи пробуют усложнить систему, соединив в одну линию или в разветвленную сеть множество отдельных оптических процессоров, что позволит выполнять не только один вид математических преобразований, а сразу решать достаточно сложные вычислительные задач практически без затрат энергии на это дело.
