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

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