Физики 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 создали архитектуру для сверхбыстрых нейросетей нового поколения

За?короткий срок искусственные нейронные сети стали одним из?ключевых драйверов технологического развития во?всем мире. Они?привлекают внимание специалистов и?находят применение в?широком перечне направлений, поскольку эффективно справляются с?задачами распознавания образов, принятия решений и?анализа больших объемов данных. Все это?не?только стимулирует, но?и?значительно ускоряет развитие здравоохранения, автономной робототехники и?других отраслей.?

Результаты исследования опубликованы в?научном журнале Light: Science &?Applications.

Традиционные нейросети используют архитектуру фон Неймана?— модель компьютерной структуры, где данные и?программы хранятся в?общей памяти, а?обработка информации происходит последовательно через центральный процессор. Такая?система налагает ряд ограничений, главное из?которых связано с?физическим разделением вычислительного и?запоминающего блоков?— центрального процессора и?оперативной памяти. Это?приводит к?существенному снижению скорости обмена данными и?увеличению энергопотребления. Именно поэтому ученые считают, что?потенциал нейросетей раскрыт не?до?конца.

Руководитель лаборатории оптики спина Санкт?Петербургского государственного университета, главный научный сотрудник Университета Алексей Кавокин и?старший научный сотрудник лаборатории Евгений Седов разработали нейроморфную архитектуру на?основе двумерных решеток ?световых капель?, которая способна быстро и?достоверно распознавать рукописные и?голосовые команды.

Строительными блоками для?такой?системы служат бозонные конденсаты экситон?поляритонов (или просто поляритоны?— частицы, образованные при?взаимодействии фотонов и?экситонов, возбуждений в?полупроводниках). Они?обладают свойствами света и?способны контактировать друг с?другом, поэтому их?иногда называют ?квантами жидкого света?.

Руководитель лаборатории оптики спина 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入, главный научный сотрудник Университета Алексей Кавокин

?Когда поляритоны собираются вместе, они?могут образовать особое коллективное состояние?— конденсат Бозе?— Эйнштейна. Если два таких?конденсата находятся рядом, они?начинают обмениваться частицами и?создают узор из?светлых и?темных полос. Лазерный луч может изменить этот?узор, превращая светлые полосы в?темные?— и?наоборот. Это?изменение используется как?выходной сигнал, поэтому такие?структуры работают как?искусственные нейроны в?нейронной сети?,?— рассказал Алексей Кавокин.

Исследовательская лаборатория оптики спина имени И.?Н.?Уральцева создана в?рамках мегагранта Правительства Российской Федерации в?2011?году. В?настоящее время в?составе коллектива более 40?сотрудников, большинство из?которых являются молодыми учеными, включая 8?кандидатов наук (PhD?188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入). Лабораторией руководит Алексей Кавокин, который входит в?число 2?% самых цитируемых ученых мира, является лауреатом множества международных премий. Ученые занимаются одним из?важнейших направлений в?Университете, что?было отражено в?документальном фильме ?Первый университет?.

Предложенная физиками 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 архитектура относится к?классу бинарных нейросетей (Binary Neural Networks, BNN), работающих с?двоичными входными и?выходными сигналами нейронов. В?отличие от?традиционных решений, оперирующих непрерывными переменными, BNN быстрее обрабатывают информацию и?требуют меньше памяти, чем обычные нейронные сети. Благодаря этому?такие?сети потребляют меньше энергии и?лучше масштабируются. Эти?особенности делают их?подходящими для?устройств с?ограниченным энергоресурсом?— например, для?интернета вещей или периферийных вычислений, где важна скорость и?эффективность, а?высокая точность не?так?критична.?

Данную архитектуру протестировали на?основе решения двух задач. Первая из?них заключается в?распознавании рукописных цифр крупнейшей базы данных MNIST. Точность распознания системы, разработанной учеными 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入, превысила 97,5?%. Для?оценки адаптивности и?универсальности сети при?работе с?различными типами данных она?была проверена на?наборе Speech Commands для?распознавания голосовых команд. Разработка ученых Санкт?Петербургского университета здесь также превзошла все существующие решения и?методы.

Санкт?Петербургский государственный университет?— старейший университет России?— был?основан 28?января (8?февраля) 1724?года, когда Петр?I?издал указ об?учреждении Университета и?Российской академии наук. Сегодня 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入?— научный, образовательный и?культурный центр мирового уровня. В?2024 году Санкт?Петербургский университет отметил свой 300?летний юбилей.

План мероприятий в?рамках празднования юбилея Университета был?утвержден на?заседании оргкомитета по?празднованию 300?летия 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入, которое провел заместитель председателя Правительства РФ?Дмитрий Николаевич Чернышенко. Среди?таких?мероприятий?— присвоение малой планете имени в?честь 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入, выпуск банковских карт со?специальным дизайном, брендирование самолета авиакомпании ?Россия? и?многое другое. В?честь 300?летия Санкт?Петербургского государственного университета в?почтовое обращение вышла марка, на?которой изображены здание Двенадцати коллегий и?памятник графу С.?С.?Уварову. Также с?космодрома Байконур была?запущена ракета ?Союз? с?символикой Университета.

По?решению губернатора Санкт?Петербурга Александра Дмитриевича Беглова 2024?год в?Северной столице объявлен годом Санкт?Петербургского университета. В?день 300?летия 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 на?Ростральных колоннах зажгли факелы. Дворцовый мост украсили флаги Университета, а?общественный транспорт?— его?символика. В?мае 2024?года Университет впервые принял участие в?праздновании Дня города и?стал отдельной площадкой для?мероприятий. Также 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 запустил сайт, посвященный юбилею, с?информацией о?выдающихся универсантах, научных достижениях и?подробностях празднования.