العلماء الصينيون يجبرون الروبوتات على التفكير الفوري، مما يسرّع تطوير البتوميك فيليونيك

أخبار حول اختراق في الحوسبة الفوتونية النيورومورفية

علماء من جامعة سيديّان (Xidian University) أنشأوا أول شريحة «نيورومورفية» بالكامل ضوئية، قادرة على التعلم بالتعزيز دون تحويل الإشارات إلى تيار كهربائي. يمثل هذا الحدث انتقالًا من الشبكات الفوتونية الخطية المتفجرة إلى التحويلات غير الخطية – خطوة أساسية للتطبيقات العملية.

لماذا هو مهم
- عدم الحاجة للتحويل: ترجمة الفوتونات إلى إلكترونات والعكس يسبب فقدان الطاقة والوقت. في الأنظمة ذات الوقت الحقيقي (الروبوتات، القيادة الذاتية) قد تؤدي هذه التأخيرات إلى فشل المعدات أو حتى حوادث.
- تفاعل آمن للروبوتات مع البشر: إنشاء شريحة فوتونية عامة يفتح الطريق نحو أنظمة ذكية أكثر موثوقية وكفاءة في استهلاك الطاقة.

ثلاثة مشاكل تم حلها
1. وجود مجموعات كبيرة من الخلايا العصبية المتفجرة غير الخطية ذات عتبة تنشيط منخفضة – يمكن الآن وضع الخلايا العصبية بكثافة أكبر.
2. شريحة قابلة للبرمجة بالكامل – كانت سابقًا «قاسية» (مبرمجة على الصعيد المادي).
3. التعلم الفوتوني بالتعزيز – تم تحقيقه بفضل البنية الجديدة.

بنية النموذج الأولي
| العنصر | الوصف |
|--------|-------|
| شريحة فوتونية ذات 16 قناة | تحتوي على 272 معلمة قابلة للتعلم، مبنية على مصفوفة 16×16 من المداخلات ماكا-زندر. |
| شريحة مزودة بالليزر والتغذية الراجعة | تستخدم امتصاصًا مشبعًا لعتبة تنشيط غير خطية منخفضة للانطلاق. |
| إطار عمل مدمج بين الأجهزة والبرمجيات | يتم تدريبه أولاً في حزمة برمجية، ثم ينقل إلى الشرائح، وبعد ذلك يُحسَّن مع مراعاة الخصائص المادية. |

الاختبار
- CartPole (توازن العصا) – الدقة تقارب النموذج البرمجي (انخفاض 1.5٪).
- Pendulum (قلب البندول) – انخفاض 2٪.
- في كلا الحالتين، كان تأخير الحسابات 320 بيكوسيكنڈ فقط.

الكفاءة
| النوع | استهلاك الطاقة | الكثافة |
|-------|-----------------|---------|
| خطي | 1.39 TOPS/وات | 0.13 TOPS/mm² |
| غير خطي | 987.65 GOPS/وات | 533.33 GOPS/mm² |

تضع هذه الأرقام النظام الفوتوني في فئة GPU من حيث الكفاءة الطاقية (≈1 TOPS/وات) والكثافة (0.1–0.5 TOPS/mm²)، مع الاعتماد الكامل على المعالجة الضوئية، مما يلغي خسائر التحويل.

الآفاق
- القيادة الذاتية المستقلة
- الروبوتات الذكية
- الحوسبة الطرفية ذات التأخير المنخفض جدًا واستهلاك الطاقة الأدنى

في المستقبل يُخطط لتكبير الشريحة إلى 128 قناة، لحل مهام أكثر تعقيدًا (التنقل الذاتي النيورومورفي) وإنشاء أجهزة فوتونية نيورومورفية مدمجة ومحمولة.

الخلاصة: يفتح هذا التطوير طريقًا جديدًا للذكاء الاصطناعي الكفء بالطاقة استنادًا إلى الدوائر الضوئية، مما قد يغيّر جذريًا الأساليب في الروبوتات والأنظمة المستقلة.