Olika former av linjära transformationer, som Fourier -transformen, används i stor utsträckning vid behandling av information i olika applikationer. Dessa transformationer implementeras vanligtvis i den digitala domänen med hjälp av elektroniska processorer, och deras beräkningshastighet är begränsad med kapaciteten hos det elektroniska chipet som används, vilket sätter en flaskhals när data och bildstorlek blir stora. En åtgärd av detta problem kan vara att ersätta digitala processorer med optiska motsvarigheter och använda ljus för att behandla information.

I en ny artikel publicerad i Ljus:Vetenskap och applikationer , ett team av optiska ingenjörer, ledd av professor Aydogan Ozcan från avdelningen för el- och datateknik vid University of California, Los Angeles (UCLA), USA, och medarbetare har utvecklat en djup inlärningsbaserad designmetod för alloptisk beräkning av en godtycklig linjär transform. Denna heloptiska processor använder rumsligt konstruerade diffraktiva ytor för att manipulera optiska vågor och beräknar varje önskad linjär transform när ljuset passerar genom en serie diffraktiva ytor. Den här vägen, beräkningen av den önskade linjära transformationen slutförs med hastigheten för ljusutbredning, med överföring av ingångsljuset genom dessa diffraktiva ytor. Förutom beräkningshastigheten, dessa helt optiska processorer förbrukar inte heller någon ström att beräkna, förutom belysningsljuset, vilket gör det till ett passivt datorsystem med hög genomströmning.

Analyserna utförda av UCLA-teamet indikerar att djup inlärningsbaserad design av dessa helt optiska diffraktiva processorer exakt kan syntetisera alla godtyckliga linjära transformationer mellan ett ingångs- och utgångsplan, och noggrannheten samt diffraktionseffektiviteten hos de resulterande optiska transformerna förbättras avsevärt när antalet diffraktiva ytor ökar, avslöjar att djupare diffraktiva processorer är mer kraftfulla i sina beräkningsmöjligheter.

Framgången för denna metod har demonstrerats genom att utföra ett brett spektrum av linjära transformationer inklusive till exempel slumpmässigt genererade fas- och amplitudtransformationer, Fourier -transformen, bildpermutation och filtrering. Detta datorramverk kan i stort tillämpas på alla delar av det elektromagnetiska spektrumet för att designa heloptiska processorer med hjälp av rumsligt konstruerade diffraktiva ytor för att universellt utföra en godtycklig komplexvärdes linjär transformering. Det kan också användas för att bilda all-optiska informationsbehandlingsnätverk för att utföra en önskad beräknande uppgift mellan ett ingångs- och utmatningsplan, ger en passiv, kraftfritt alternativ till digitala processorer.