רשת עצבית אופטית תוך-סיבית של פרופ' זאב זלבסקי

מטרתן של רשתות עצביות מלאכותיות הינה לחקות, אין-סיליקו (באמצעות מחשב), את פעולתו הטבעית של המוח, קרי, עיבוד מקביל של מאגרי נתונים מסיביים בזמן אמיתי. כעת, פרופ' זאב זלבסקי מן הפקולטה להנדסה, יחד עם ד"ר אייל כהן, חוקר פוסט-דוקטורנט בפקולטה, וד"ר מיקי לונדון מן האוניברסיטה העברית, מציגים את העיצוב הרעיוני הראשון לרשת עצבית אופטית תוך-סיבית: מעבד פוטוני נייד, בו אותות מבוססי-אור משותפים במבנה של רשת עצבית ממוחשבת עם בקרה מקדימה. מערכת זו, הנמצאת בהליכי רישום פטנט, לא רק מציגה עיבוד מקביל במהירות גבוהה עם צריכת כוח נמוכה, אלא גם מסוגלת לבצע תהליך המובן מאליו כשהוא מתרחש בין אוזנינו: באמצעות הפנמה ועיבוד של מידע חיצוני, רשת אופטית זו מסוגלת ללמוד.

"לרשתות עצביות אופטיות יש יתרונות פוטנציאליים רבים, כגון היכולת להעביר מידע מנקודות בודדות אל יעדים רבים, ללא יצירת חום מסיבי כמו באלקטרוניקה המסורתית", אומר זלבסקי, המשמש כראש התכנית לאלקטרו-אופטיקה בפקולטה להנדסה, ומנהל את המרכז לננו-פוטוניקה במכון לננוטכנולוגיה וחומרים מתקדמים (BINA). "אולם, הגודל העצום של הרשתות האופטיות וחוסר הסילומיות (סקלביליות) שלהן מנעו עד כה את ההתקדמות במחקר. אנחנו הצלחנו להתגבר על קשיים אלו, בעזרת פיתוחים חדשים בייצור סיבים".

המערכת של זלבסקי היא הראשונה אי-פעם שהצליחה להשיג למידה על בסיס קלט חיצוני – וכל זאת ב"מחשב" אופטי דק יותר משיער אדם. זוהי מערכת פוטונית בה מקורות אנרגיה, השאובות מבחוץ, מכוונות אותות אופטיים כלפי מערך תלת-שכבתי של ליבות סיליקה – שחלקן עבר אילוח ביוני ארביום, המיועדים להגברה של סיבים אופטיים. כך, המודל של זלבסקי משיג יותר מאשר העברת אור מבוקרת בלבד: הסימולציות שנערכו מראות כי הרשת יכולה לעבד מידע מבוסס-אור, תוך שהן מבחינות בין תבניות קלט שונות ומסווגות אותן. 

"הרשת התוך-סיבית יכולה לסווג את האותות האופטיים שהיא מקבלת", מסביר זלבסקי. "אלו חדשות טובות, שמשמעותן שמערכת כזו יכולה לשמש כאבן בניין בסיסית לרשתות אופטיות עתידיות בקנה-מידה גדול".

מבנה קומפקטי, מהירות גבוהה וצריכת כוח נמוכה הם הגורמים העיקריים לכך שעיבוד אופטי תוך-סיבי מהווה מועמד אידיאלי לאתגרים מחשוביים כבדים כגון כריית ביטקוין (bitcoin) – תהליך מבוסס-רשת בו משתמשים במשאבים מבוזרים לפתרון בעיות מתמטיות, בתמורה לתשלום במטבע דיגיטלי. מה עוד, שלפי זלבסקי, טרם נחשף כוחה המלא של המערכת.

"המודל שלנו פשוט, ומבוסס על מספר קטן יחסית של ליבות סיליקה מוטמעות", הוא אומר. "שיפורים בשיטות הייצור עשויים להוביל למערכות מורכבות יותר, בהן לכל סיב יש עשרות אלפי ליבות "קלט". המטרה שלנו בסופו של דבר הינה לעצב רשת כל-אופטית תוך-סיבית, ובה אלגוריתם לומד מובנה המוביל לתוצאות מחשוביות מהותיות".

רשת עצבית אופטית תוך-סיבית של פרופ' זאב זלבסקי