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cyqdesign

2025-06-17 09:04

光學神經(jīng)引擎高效求解偏微分方程

美國猶他大學工程學院團隊在新一期《自然·通訊》雜志上發(fā)表了一項突破性研究，提出將偏微分方程的信息編碼到光波中，并通過一種名為光學神經(jīng)引擎（ONE）的新型光學設(shè)備進行高效處理。該成果標志著光學計算從理論探索向?qū)嶋H應(yīng)用邁出了重要一步，為下一代高性能計算技術(shù)的發(fā)展開辟了新方向。 &r*F+gL
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偏微分方程是一類重要的數(shù)學問題，用于描述多個變量之間的相互作用關(guān)系，在模擬復雜的物理、工程和自然現(xiàn)象中具有強大的預測能力。然而，求解這些方程長期以來一直是科學與工程計算中的重大挑戰(zhàn)。目前用于求解偏微分方程的計算技術(shù)通常需要大量的時間和計算資源，這限制了其在實時或大規(guī)模應(yīng)用中的可行性。 Mu-kvgO`L

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光學神經(jīng)引擎（ONE）架構(gòu)和硬件實現(xiàn)

ONE系統(tǒng)結(jié)合了衍射光學神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和光學矩陣乘法器的技術(shù)優(yōu)勢。它不以傳統(tǒng)的數(shù)字方式表示偏微分方程，而是采用光學方法對其進行建模。具體來說，是利用光波的不同特性（如強度和相位）來表示方程中的各個變量。當光波穿過ONE中的一系列光學元件時，這些光信號會隨著傳播過程不斷演化，最終呈現(xiàn)出對應(yīng)于特定偏微分方程解的狀態(tài)。

這種方法借鑒了當前機器學習中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理：在傳統(tǒng)電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，輸入信號通過一系列計算節(jié)點傳遞，每個節(jié)點對輸出進行加權(quán)調(diào)整，直到最合適的解成為最終輸出。ONE將這一思想引入光學領(lǐng)域，利用光子器件實現(xiàn)類似功能，但速度更快、能耗更低。