Optical neural network
آپٹیکل نیورل نیٹ ورک آپٹیکل اجزاء کے ساتھ مصنوعی نیورل نیٹ ورک کا جسمانی نفاذ ہے۔ ابتدائی آپٹیکل نیورل نیٹ ورکس نے ملٹی پلیکسڈ ہولوگرام کی طاقت کے تناسب میں سنپیٹک وزن کے ساتھ آؤٹ پٹ کی صفوں سے ان پٹ نیوران کی صفوں کو آپس میں جوڑنے کے لیے فوٹو ریفریکٹیو والیوم ہولوگرام کا استعمال کیا۔ حجم ہولوگرام کو سپیکٹرم ہول برننگ کا استعمال کرتے ہوئے مزید ملٹی پلیکس کیا گیا تاکہ عصبی ان پٹ اور آؤٹ پٹ کی دو جہتی صفوں کے چار جہتی باہمی رابطوں کو حاصل کرنے کے لیے خلا میں طول موج کی ایک جہت کو شامل کیا جا سکے۔ اس تحقیق کے نتیجے میں نیورونل مواصلات کو نافذ کرنے کے لیے آپٹیکل انٹر کنیکٹ کی طاقت کا استعمال کرتے ہوئے متبادل طریقوں پر وسیع تحقیق ہوئی۔ کچھ مصنوعی نیورل نیٹ ورک جنہیں آپٹیکل نیورل نیٹ ورک کے طور پر نافذ کیا گیا ہے ان میں ہاپ فیلڈ نیورل نیٹ ورک اور مائع کرسٹل مقامی لائٹ ماڈیولٹرز کے ساتھ کوہنن سیلف آرگنائزنگ نقشہ شامل ہیں۔ آپٹیکل نیورل نیٹ ورک بھی نیورومورفک انجینئرنگ کے اصولوں پر مبنی ہو سکتے ہیں، جس سے نیورومورفک فوٹوونک سسٹم بنتے ہیں۔ عام طور پر، یہ نظام نیٹ ورک میں معلومات کو اسپائکس کا استعمال کرتے ہوئے انکوڈ کرتے ہیں، آپٹیکل اور فوٹوونک ہارڈ ویئر میں اسپائکنگ نیورل نیٹ ورک کی فعالیت کی نقل کرتے ہیں۔ فوٹوونک آلات جنہوں نے نیورومورفک فنکشنلٹیز کا مظاہرہ کیا ہے ان میں (دوسروں کے درمیان) عمودی-کیویٹی سطح خارج کرنے والے لیزرز، انٹیگریٹڈ فوٹوونک ماڈیولٹرز، آپٹو الیکٹرانک سسٹم شامل ہیں جو سپر کنڈکٹنگ جوزفسن جنکشنز یا گونج والے ٹنلنگ ڈایڈس پر مبنی سسٹم پر مبنی ہیں۔ الیکٹرو کیمیکل بمقابلہ آپٹیکل نیورل نیٹ ورک حیاتیاتی نیورل نیٹ ورک الیکٹرو کیمیکل بنیاد پر کام کرتے ہیں، جبکہ آپٹیکل نیورل نیٹ ورک برقی مقناطیسی لہروں کا استعمال کرتے ہیں۔ حیاتیاتی نیورل نیٹ ورک کے لیے آپٹیکل انٹرفیس آپٹوجینیٹکس کے ساتھ بنائے جا سکتے ہیں، لیکن یہ آپٹیکل نیورل نیٹ ورک کی طرح نہیں ہے۔ حیاتیاتی نیورل نیٹ ورکس میں نیوران کی حالت کو متحرک طور پر تبدیل کرنے کے لیے بہت سے مختلف میکانزم موجود ہیں، ان میں قلیل مدتی اور طویل مدتی سنپیٹک پلاسٹکٹی شامل ہیں۔ سنپیٹک پلاسٹکٹی الیکٹرو فزیولوجیکل مظاہر میں سے ایک ہے جو سنپیٹک ٹرانسمیشن کی کارکردگی کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے، سیکھنے اور میموری کے لیے طویل مدتی، اور سنپیٹک ٹرانسمیشن کی کارکردگی میں مختصر عارضی تبدیلیوں کے لیے قلیل مدتی۔ آپٹیکل اجزاء کے ساتھ اس پر عمل درآمد کرنا مشکل ہے، اور مثالی طور پر جدید فوٹوونک مواد کی ضرورت ہوتی ہے۔ آپٹیکل نیورل نیٹ ورک کے لیے فوٹونک مواد میں مطلوبہ خصوصیات میں آنے والی روشنی کی شدت کی بنیاد پر روشنی منتقل کرنے کی ان کی کارکردگی کو تبدیل کرنے کی صلاحیت شامل ہے۔ آپٹیکل نیورل نیٹ ورکس کا عروج کا دور مختلف ڈومینز میں کمپیوٹر وژن کی بڑھتی ہوئی اہمیت کے ساتھ، ان کاموں کی کمپیوٹیشنل لاگت میں اضافہ ہوا ہے، جس سے پروسیسنگ ایکسلریشن کے نئے طریقوں کو تیار کرنا زیادہ اہم ہو گیا ہے۔ آپٹیکل کمپیوٹنگ جدید نیورل نیٹ ورکس کے لیے جی پی یو ایکسلریشن کے ممکنہ متبادل کے طور پر ابھری ہے، خاص طور پر مور کے قانون کے غیر فعال ہونے پر غور کرتے ہوئے۔ نتیجتا، آپٹیکل نیورل نیٹ ورکس نے تحقیقی برادری میں زیادہ توجہ حاصل کی ہے۔ فی الحال آپٹیکل نیورل کمپیوٹنگ کے دو بنیادی طریقے زیر تحقیق ہیں: سلکان فوٹوونکس پر مبنی اور فری اسپیس آپٹکس۔ ہر نقطہ نظر کے اپنے فوائد اور نقصانات ہیں ؛ جب کہ سلکان فوٹوونکس اعلی رفتار پیش کر سکتا ہے، اس میں بڑے پیمانے پر متوازی کا فقدان ہے جو فری اسپیس آپٹکس فراہم کر سکتا ہے۔ فری اسپیس آپٹکس کی کافی متوازی صلاحیتوں کو دیکھتے ہوئے، محققین نے اس سے فائدہ اٹھانے پر توجہ مرکوز کی ہے۔ لن اور دیگر کی طرف سے تجویز کردہ ایک نفاذ میں ہاتھ سے لکھے ہوئے ہندسوں کی درجہ بندی کے لیے فیز ماسک کی تربیت اور بناوٹ شامل ہے۔ تھری ڈی پرنٹڈ فیز ماسک کو اسٹیک کرکے، من گھڑت نیٹ ورک سے گزرنے والی روشنی کو دس ڈٹیکٹرز کی فوٹو ڈیٹیکٹر صف کے ذریعے پڑھا جا سکتا ہے، ہر ایک 1 سے 10 تک کے ہندسوں کی کلاس کی نمائندگی کرتا ہے۔ اگرچہ یہ نیٹ ورک ٹیرا ہرٹز رینج کی درجہ بندی حاصل کر سکتا ہے، لیکن اس میں لچک کا فقدان ہے، کیونکہ فیز ماسک ایک مخصوص کام کے لیے بنائے جاتے ہیں اور انہیں دوبارہ تربیت نہیں دی جا سکتی۔ فری اسپیس آپٹکس میں درجہ بندی کے لیے ایک متبادل طریقہ، جسے کیانگ اور دیگر نے متعارف کرایا ہے، ایک 4F نظام کو استعمال کرتا ہے جو ارتقاء کی کارروائیوں کو انجام دینے کے لیے ارتقاء تھیوریم پر مبنی ہے۔ یہ نظام کنولوشن آپریشن کے فورئیر ٹرانسفارمز کو انجام دینے کے لیے دو لینس کا استعمال کرتا ہے، جس سے بجلی کی کھپت یا تاخیر کے بغیر فورئیر ڈومین میں غیر فعال تبدیلی ممکن ہوتی ہے۔ تاہم، اس عمل میں ارتقاء آپریشن دانے بھی من گھڑت فیز ماسک ہیں، جو آلہ کی فعالیت کو صرف نیٹ ورک کی مخصوص ارتقاء پرتوں تک محدود کرتے ہیں۔ اس کے برعکس، Li et al. فیز ماسک کے بجائے ڈیجیٹل مائیکرومیرر ڈیوائس (ڈی ایم ڈی) کا استعمال کرتے ہوئے 4 ایف سسٹم کی متوازییت کو استعمال کرنے کے لیے دانا ٹائلنگ پر مشتمل ایک تکنیک کی تجویز پیش کی۔ یہ نقطہ نظر صارفین کو 4 ایف سسٹم میں مختلف دانے اپ لوڈ کرنے اور پورے نیٹ ورک کے تخمینے کو ایک ہی ڈیوائس پر انجام دینے کی اجازت دیتا ہے۔ بدقسمتی سے، جدید نیورل نیٹ ورک 4 ایف سسٹمز کے لیے ڈیزائن نہیں کیے گئے ہیں، کیونکہ وہ بنیادی طور پر سی پی یو/جی پی یو کے دور میں تیار کیے گئے تھے۔ زیادہ تر اس لیے کہ وہ اپنے فیچر میپس میں کم ریزولوشن اور زیادہ تعداد میں چینلز استعمال کرتے ہیں۔ دیگر نفاذ 2007 میں آپٹیکل نیورل نیٹ ورک کا ایک ماڈل تھا: پروگرام ایبل آپٹیکل ارے/اینالاگک کمپیوٹر (پی او اے سی)۔ اسے سال 2000 میں نافذ کیا گیا تھا اور ہولوگرافک آپٹیکل میموری کے طور پر ترمیم شدہ جوائنٹ فورئیر ٹرانسفارم کوریلیٹر (جے ٹی سی) اور بیکٹیریئر ہوڈوپسن (بی آر) کی بنیاد پر رپورٹ کیا گیا تھا۔ مکمل متوازی، بڑی صف کا سائز اور روشنی کی رفتار تین وعدے ہیں جو پی او اے سی نے آپٹیکل سی این این کو نافذ کرنے کے لیے پیش کیے ہیں۔ ان کی گذشتہ سالوں کے دوران ان کی عملی حدود اور تحفظات کے ساتھ تفتیش کی گئی تھی جس سے پہلے پورٹیبل پی او اے سی ورژن کا ڈیزائن حاصل ہوا تھا۔ عملی تفصیلات-ہارڈ ویئر (آپٹیکل سیٹ اپ) اور سافٹ ویئر (آپٹیکل ٹیمپلیٹس)-شائع کی گئیں۔ تاہم، پی او اے سی ایک عام مقصد اور پروگرام کے قابل سرنی کمپیوٹر ہے جس میں ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج ہے جس میں شامل ہیں: امیج پروسیسنگ پیٹرن کی شناخت ہدف ٹریکنگ ریئل ٹائم ویڈیو پروسیسنگ دستاویز سیکیورٹی آپٹیکل سوئچنگ دیکھیں آپٹیکل کمپیوٹنگ کوانٹم نیورل نیٹ ورک حوالہ جات مصنوعی نیورل نیٹ ورک فوٹوونکس