Tecnologia Científica

Light calcula qualquer transformação linear desejada sem um processador digital
Este processador totalmente óptico usa superfícies difrativas espacialmente projetadas na manipulação de ondas ópticas e calcula qualquer transformação linear desejada conforme a luz passa por uma série de superfícies difrativas.
Por UCLA Engineering Institute for Technology Advancement - 24/09/2021


Síntese totalmente óptica de uma transformação linear arbitrária usando superfícies difrativas. Crédito: Ozcan Lab, UCLA

Diferentes formas de transformações lineares, como a transformada de Fourier, são amplamente empregadas no processamento de informações em várias aplicações. Essas transformações são geralmente implementadas no domínio digital usando processadores eletrônicos, e sua velocidade de computação é limitada pela capacidade do chip eletrônico que está sendo usado, o que cria um gargalo conforme os dados e o tamanho da imagem aumentam. Uma solução para esse problema pode ser substituir os processadores digitais por contrapartes ópticas e usar a luz para processar as informações.

Em um novo artigo publicado na Light: Science & Applications , uma equipe de engenheiros ópticos, liderada pelo Professor Aydogan Ozcan do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA), EUA, e colegas de trabalho desenvolveram um método de design baseado em aprendizagem profunda para computação totalmente óptica de uma transformação linear arbitrária. Este processador totalmente óptico usa superfícies difrativas espacialmente projetadas na manipulação de ondas ópticas e calcula qualquer transformação linear desejada conforme a luz passa por uma série de superfícies difrativas. Desta forma, o cálculo da transformação linear desejada é completado na velocidade de propagação da luz, com a transmissão da luz de entrada através dessas superfícies difrativas. Além de sua velocidade computacional, esses processadores totalmente ópticos também não consomem nenhuma energia para computar, exceto para a luz de iluminação , tornando-o um sistema de computação passivo e de alto rendimento.

As análises realizadas pela equipe da UCLA indicam que o design baseado em aprendizagem profunda desses processadores difrativos totalmente ópticos pode sintetizar com precisão qualquer transformação linear arbitrária entre um plano de entrada e saída, e a precisão, bem como a eficiência de difração das transformações ópticas resultantes de forma significativa melhoram conforme o número de superfícies difrativas aumenta, revelando que processadores difrativos mais profundos são mais poderosos em seus recursos de computação.

O sucesso deste método foi demonstrado pela realização de uma ampla gama de transformações lineares, incluindo, por exemplo, transformações de fase e amplitude geradas aleatoriamente, a transformação de Fourier, permutação de imagem e operações de filtragem. Esta estrutura de computação pode ser amplamente aplicada a qualquer parte do espectro eletromagnético para projetar processadores totalmente ópticos usando superfícies difrativas projetadas espacialmente para realizar universalmente uma transformação linear arbitrária de valor complexo. Ele também pode ser usado para formar redes de processamento de informações totalmente ópticas para executar uma tarefa computacional desejada entre um plano de entrada e saída, fornecendo uma alternativa passiva e sem energia aos processadores digitais.

 

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