Optical neural network
एक ऑप्टिकल तंत्रिका नेटवर्क ऑप्टिकल घटकों के साथ एक कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क का एक भौतिक कार्यान्वयन है। प्रारंभिक ऑप्टिकल न्यूरल नेटवर्क ने मल्टीप्लेक्स होलोग्राम की ताकत के अनुपात में सिनैप्टिक भार के साथ आउटपुट की सरणियों के लिए इनपुट न्यूरॉन्स की सरणियों को आपस में जोड़ने के लिए एक फोटोरेफ्रैक्टिव वॉल्यूम होलोग्राम का उपयोग किया। न्यूरल इनपुट और आउटपुट के दो आयामी सरणियों के चार आयामी परस्पर जुड़ाव को प्राप्त करने के लिए अंतरिक्ष में तरंग दैर्ध्य के एक आयाम को जोड़ने के लिए वर्णक्रमीय छेद जलाने का उपयोग करके वॉल्यूम होलोग्राम को आगे मल्टीप्लेक्स किया गया था। इस शोध ने न्यूरोनल संचार को लागू करने के लिए ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट की ताकत का उपयोग करके वैकल्पिक तरीकों पर व्यापक शोध किया। कुछ कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क जिन्हें ऑप्टिकल तंत्रिका नेटवर्क के रूप में लागू किया गया है, उनमें हॉपफील्ड तंत्रिका नेटवर्क और तरल क्रिस्टल स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलेटर के साथ कोहोनेन स्व-व्यवस्थित मानचित्र शामिल हैं। ऑप्टिकल तंत्रिका नेटवर्क भी न्यूरोमोर्फिक इंजीनियरिंग के सिद्धांतों पर आधारित हो सकते हैं, जिससे न्यूरोमोर्फिक फोटोनिक सिस्टम का निर्माण होता है। आमतौर पर, ये प्रणालियाँ ऑप्टिकल और फोटोनिक हार्डवेयर में स्पाइकिंग न्यूरल नेटवर्क की कार्यक्षमता की नकल करते हुए स्पाइक्स का उपयोग करके नेटवर्क में जानकारी को कूटबद्ध करती हैं। फोटोनिक उपकरण जिन्होंने न्यूरोमोर्फिक कार्यात्मकताओं का प्रदर्शन किया है, उनमें (दूसरों के बीच) ऊर्ध्वाधर-गुहा सतह उत्सर्जक लेजर, एकीकृत फोटोनिक मॉड्यूलेटर, सुपरकंडक्टिंग जोसेफसन जंक्शन या अनुनाद टनलिंग डायोड पर आधारित प्रणालियों पर आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक सिस्टम शामिल हैं। विद्युत रासायनिक बनाम ऑप्टिकल तंत्रिका नेटवर्क जैविक तंत्रिका नेटवर्क विद्युत रासायनिक आधार पर कार्य करते हैं, जबकि ऑप्टिकल तंत्रिका नेटवर्क विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग करते हैं। जैविक तंत्रिका नेटवर्क के लिए ऑप्टिकल इंटरफेस को ऑप्टोजेनेटिक्स के साथ बनाया जा सकता है, लेकिन यह एक ऑप्टिकल तंत्रिका नेटवर्क के समान नहीं है। जैविक तंत्रिका नेटवर्क में न्यूरॉन्स की स्थिति को गतिशील रूप से बदलने के लिए कई अलग-अलग तंत्र मौजूद हैं, इनमें अल्पकालिक और दीर्घकालिक सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी शामिल है। सिनेप्टिक प्लास्टिसिटी इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल घटनाओं में से एक है जिसका उपयोग सिनेप्टिक संचरण की दक्षता को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, सीखने और स्मृति के लिए दीर्घकालिक, और सिनेप्टिक संचरण दक्षता में अल्पकालिक परिवर्तनों के लिए अल्पकालिक। ऑप्टिकल घटकों के साथ इसे लागू करना मुश्किल है, और आदर्श रूप से उन्नत फोटोनिक सामग्री की आवश्यकता होती है। ऑप्टिकल न्यूरल नेटवर्क के लिए फोटोनिक सामग्री में जो गुण वांछनीय हो सकते हैं, उनमें आने वाले प्रकाश की तीव्रता के आधार पर प्रकाश संचारित करने की उनकी दक्षता को बदलने की क्षमता शामिल है। ऑप्टिकल न्यूरल नेटवर्क का बढ़ता युग विभिन्न क्षेत्रों में कंप्यूटर दृष्टि के बढ़ते महत्व के साथ, इन कार्यों की कम्प्यूटेशनल लागत में वृद्धि हुई है, जिससे प्रसंस्करण त्वरण के नए दृष्टिकोणों को विकसित करना अधिक महत्वपूर्ण हो गया है। ऑप्टिकल कंप्यूटिंग आधुनिक तंत्रिका नेटवर्क के लिए जी. पी. यू. त्वरण के संभावित विकल्प के रूप में उभरा है, विशेष रूप से मूर के नियम के आसन्न अप्रचलन को देखते हुए। नतीजतन, ऑप्टिकल न्यूरल नेटवर्क ने अनुसंधान समुदाय में अधिक ध्यान आकर्षित किया है। वर्तमान में, ऑप्टिकल न्यूरल कंप्यूटिंग के दो प्राथमिक तरीके अनुसंधान के अधीन हैंः सिलिकॉन फोटोनिक्स-आधारित और फ्री-स्पेस ऑप्टिक्स। प्रत्येक दृष्टिकोण के अपने फायदे और नुकसान हैं; जबकि सिलिकॉन फोटोनिक्स बेहतर गति प्रदान कर सकता है, इसमें बड़े पैमाने पर समानता का अभाव है जो मुक्त-अंतरिक्ष प्रकाशिकी प्रदान कर सकता है। मुक्त-अंतरिक्ष प्रकाशिकी की पर्याप्त समानता क्षमताओं को देखते हुए, शोधकर्ताओं ने इसका लाभ उठाने पर ध्यान केंद्रित किया है। लिन और अन्य द्वारा प्रस्तावित एक कार्यान्वयन में एक हस्तलिखित अंक वर्गीकरण के लिए चरण मास्क का प्रशिक्षण और निर्माण शामिल है। 3डी-मुद्रित चरण मास्क को ढेर करके, मनगढ़ंत नेटवर्क से गुजरने वाले प्रकाश को दस डिटेक्टरों की एक फोटोडिटेक्टर सरणी द्वारा पढ़ा जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक 1 से 10 तक के अंकों के वर्ग का प्रतिनिधित्व करता है। हालाँकि यह नेटवर्क टेराहर्ट्ज़-रेंज वर्गीकरण प्राप्त कर सकता है, लेकिन इसमें लचीलेपन की कमी है, क्योंकि चरण मास्क एक विशिष्ट कार्य के लिए बनाए जाते हैं और उन्हें फिर से प्रशिक्षित नहीं किया जा सकता है। मुक्त-अंतरिक्ष प्रकाशिकी में वर्गीकरण के लिए एक वैकल्पिक विधि, जिसे काहंग और अन्य लोगों द्वारा पेश किया गया है, एक 4F प्रणाली को नियोजित करता है जो कन्वोलुशन संचालन करने के लिए कन्वोलुशन प्रमेय पर आधारित है। यह प्रणाली कन्वोलुशन ऑपरेशन के फूरियर परिवर्तनों को निष्पादित करने के लिए दो लेंसों का उपयोग करती है, जो बिजली की खपत या विलंबता के बिना फूरियर डोमेन में निष्क्रिय रूपांतरण को सक्षम करती है। हालांकि, इस कार्यान्वयन में कन्वोलुशन ऑपरेशन कर्नेल भी फैब्रिकेटेड फेज मास्क हैं, जो डिवाइस की कार्यक्षमता को केवल नेटवर्क की विशिष्ट कन्वोलुशनल परतों तक सीमित करते हैं। इसके विपरीत, ली और अन्य। फेज मास्क के बजाय डिजिटल माइक्रोमीरर डिवाइस (डीएमडी) का उपयोग करते हुए 4एफ प्रणाली के समानांतरता का उपयोग करने के लिए कर्नेल टाइलिंग से जुड़ी एक तकनीक का प्रस्ताव रखा। यह दृष्टिकोण उपयोगकर्ताओं को 4एफ प्रणाली में विभिन्न कर्नेल अपलोड करने और एक ही उपकरण पर पूरे नेटवर्क के अनुमान को निष्पादित करने की अनुमति देता है। दुर्भाग्य से, आधुनिक तंत्रिका नेटवर्क 4एफ प्रणालियों के लिए डिज़ाइन नहीं किए गए हैं, क्योंकि वे मुख्य रूप से सीपीयू/जीपीयू युग के दौरान विकसित किए गए थे। ज्यादातर इसलिए कि वे अपने फीचर मानचित्रों में कम रिज़ॉल्यूशन और अधिक संख्या में चैनलों का उपयोग करते हैं। अन्य कार्यान्वयन 2007 में ऑप्टिकल न्यूरल नेटवर्क का एक मॉडल थाः प्रोग्रामेबल ऑप्टिकल ऐरे/एनालॉजिक कंप्यूटर (पी. ओ. ए. सी.)। इसे वर्ष 2000 में लागू किया गया था और एक होलोग्राफिक ऑप्टिकल मेमोरी के रूप में संशोधित ज्वाइंट फूरियर ट्रांसफॉर्म कोरिलेटर (जेटीसी) और बैक्टीरियोरहोडॉप्सिन (बीआर) के आधार पर रिपोर्ट किया गया था। पूर्ण समानांतरता, बड़े सरणी आकार और प्रकाश की गति पी. ओ. ए. सी. द्वारा एक ऑप्टिकल सी. एन. एन. को लागू करने के लिए पेश किए गए तीन वादे हैं। पिछली वर्षों के दौरान उनकी व्यावहारिक सीमाओं और विचारों के साथ उनकी जांच की गई थी, जिससे पहले पोर्टेबल पी. ओ. ए. सी. संस्करण का डिज़ाइन प्राप्त हुआ था। व्यावहारिक विवरण-हार्डवेयर (ऑप्टिकल सेटअप) और सॉफ्टवेयर (ऑप्टिकल टेम्पलेट)-प्रकाशित किए गए थे। हालाँकि, पी. ओ. ए. सी. एक सामान्य उद्देश्य और प्रोग्राम करने योग्य सरणी कंप्यूटर है जिसमें अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला शामिल हैः छवि प्रसंस्करण पैटर्न पहचान लक्ष्य ट्रैकिंग वास्तविक समय वीडियो प्रसंस्करण दस्तावेज़ सुरक्षा ऑप्टिकल स्विचिंग ऑप्टिकल कंप्यूटिंग भी देखें क्वांटम तंत्रिका नेटवर्क संदर्भ कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क फोटोनिक्स