Ученые из Университета Висконсин-Мэдисон разработали квантовую наноструктуру для оптических нейросетей с рекордным снижением энергозатрат

Исследователи Университета Висконсин-Мэдисон представили теоретическую модель квантового наноструктурного эмиттера, способного обеспечить необходимые нелинейные операции для энергоэффективных оптических нейросетей. По результатам компьютерного моделирования, использование такой конструкции может снизить потребляемую мощность для реализации оптической нелинейности на семь порядков по сравнению с традиционными оптическими материалами.

Работа, опубликованная 27 августа 2026 года в журнале Nature Communications, выполнена под руководством профессора электротехники и компьютерных наук Зонгфу Ю и аспирантов Циньи Чжоу, Джунгмина Кима и Ютяна Тао.

Оптические нейросети рассматриваются как перспективная альтернатива электронным вычислениям в ИИ, способная значительно повысить скорость и снизить энергопотребление. Однако ключевым ограничением является отсутствие эффективных нелинейных компонентов, поскольку фотонные системы плохо обеспечивают взаимодействие фотонов, необходимое для сложной обработки данных.

Традиционные нелинейные оптические материалы требуют слишком высоких уровней лазерной энергии, что нивелирует преимущества оптических систем. В ответ на это команда исследователей предложила интегрировать квантовые эмиттеры — структуры, уже демонстрирующие сильную оптическую нелинейность — в наноструктурные устройства, оптимизированные для максимальной эффективности.

Компьютерное моделирование подтвердило, что такая квантовая наноструктура способна обеспечить необходимую нелинейность при энергозатратах, уменьшенных в 10 миллионов раз по сравнению с существующими материалами. Авторы отмечают, что, несмотря на теоретический характер работы, современные достижения в области квантовой фотоники на основе алмаза делают возможным экспериментальную реализацию предложенной концепции.

Также рассматриваются альтернативные квантовые эмиттеры, такие как квантовые точки и нейтральные атомы, которые могут дополнительно улучшить характеристики оптических нейросетей.

В исследовании приняли участие также Гуомин Хуанг и Дзэвэй Шао из Университета Висконсин-Мэдисон, а также Мин Чжоу из Стэнфордского университета. Проект поддержан Национальным научным фондом США (грант №2016136).

По данным The Quantum Insider.