Işık hızında öğrenen ilk yapay zeka 

ABD’nin Pennsylvania Üniversitesi’nde mühendisler, elektrik akımı yerine ışık kullanarak çalışan ve kendi kendine öğrenme yeteneğine sahip bir yapay zeka çipi geliştirdi. Bu çip, klasik bilgisayarlardan farklı olarak işlemleri elektrikle değil, tamamen ışıkla gerçekleştiriyor. Araştırma, Nature Photonics dergisinde yayımlandı.

Günümüzde bilgisayarlar ve yapay zeka sistemleri elektrik enerjisiyle çalışıyor. Bu sistemlerde bilgi, kablolar ve devreler aracılığıyla elektrik sinyalleri şeklinde iletiliyor ve işleniyor ancak Pennsylvania Üniversitesi’nde geliştirilen bu yeni çipte, elektrik yerine ışığın parçacıkları olan fotonlar kullanılıyor. Bu teknolojiye “fotonik” adı veriliyor.

Fotonik sistemlerde veriler, ışık hızıyla hareket eden fotonlar sayesinde taşınıyor ve işleniyor. Bu da hesaplamaların çok daha hızlı yapılmasını ve enerji tüketiminin büyük ölçüde düşmesini sağlıyor.

Yeni çipin öne çıkan bir özelliği ise yapay zekanın öğrenmesini sağlayan karmaşık işlemleri, yani doğrusal olmayan hesaplamaları yalnızca ışıkla gerçekleştirebiliyor olması. Doğrusal olmayan işlem, yapay zekânın aynı girdiye her zaman aynı yanıtı vermek yerine, bağlama göre farklı tepkiler geliştirmesini sağlayan bir mekanizma olarak tanımlanıyor.

Bu özellik, bir sistemin sadece bilgi aktarmasını değil, gelen verilerden öğrenmesini ve çıkarım yapabilmesini mümkün kılıyor. Şimdiye kadar bu tür işlemler yalnızca elektrikli sistemlerle yapılabiliyor ancak geliştirilen yeni fotonik çip, bu işlemleri elektrik olmadan, sadece ışık kullanarak gerçekleştirebiliyor.

Yeni çip bilgiyi nasıl işliyor?

Çipin nasıl çalıştığına dair sistem oldukça yenilikçi bir yapıya sahip. Özel bir yarı iletken malzeme üzerine gönderilen iki farklı ışık demeti ile işlem yapılabiliyor. İlk ışık demeti, sinyal ışığı olarak adlandırılıyor ve taşıdığı veriyle doğrudan işlem yapıyor. İkinci ışık demeti ise pompa ışığı olarak tanımlanıyor.

Bu ışık, sistemin içindeki malzeme üzerinde adeta görünmeyen yollar oluşturarak sinyal ışığının yönünü, hızını ve davranışını belirliyor. Fiziksel yapısı değişmeyen çip, bu ışık manipülasyonu sayesinde farklı görevler için kolayca yeniden programlanabiliyor. Bu yapı, sistemin öğrenmesini ve değişen verilere uyum sağlamasını mümkün kılıyor.

Isınma derdi olmadan yüksek doğruluk

Geliştirilen fotonik çip, yapay zeka sistemlerinin test edilmesinde yaygın olarak kullanılan Iris çiçek veri setiyle denendi. Bu test, sistemin farklı çiçek türlerini özelliklerine göre ayırt edip sınıflandırmasını içeriyor.

Yapılan deneylerde çip, yüzde 96’nın üzerinde doğruluk oranına ulaşarak yüksek performans gösterdi. Ayrıca çipte kullanılan yalnızca dört optik bağlantının, klasik elektronik sistemlerdeki yirmi bağlantıya denk işlevsellik sunduğu görüldü. Bu verimlilik, daha az donanımla daha fazla işlem yapılabileceğini ortaya koydu.

Fotonik sistemlerin en dikkat çeken avantajlarından biri de enerji verimliliği. Elektronik sistemlerde gerçekleşen işlemler sırasında ısı açığa çıkar. Bu ısı, cihazların soğutulmasını gerektirir ve bu da ekstra enerji tüketimi anlamına gelir ancak fotonik çiplerde ısı oluşmadığı için soğutma sistemine ihtiyaç duyulmuyor.

İlk fotonik bilgisayarın öncüsü olabilir

Geliştirilen bu yeni çip, bilgisayar tarihine de anlamlı bir gönderme yapıyor. Aynı üniversite, 1946 yılında dünyanın ilk dijital bilgisayarı olan ENIAC’ı geliştirmişti. Şimdi ise, yine Pennsylvania Üniversitesi’nde ışıkla çalışan yapay zeka sistemlerinin ilk örneklerinden biri hayata geçirilmiş oldu. Araştırma ekibinin lideri Prof. Dr. Liang Feng, bu çipin fotonik sistemlerle çalışan yeniden programlanabilir bilgisayarların öncüsü olabileceğini belirtti.

Araştırmacılar, bu sistemin gelecekte daha da geliştirilebileceğini ve daha karmaşık matematiksel işlemleri ışıkla yapabileceğini ifade ediyor. Büyük ölçekli yapay zeka modellerinin eğitimi gibi zorlu görevlerde fotonik çiplerin kullanılması, hesaplama sürelerini kısaltabilir ve enerji maliyetlerini düşürebilir.

Kaynak: Nature Photonics