Самарские ученые провели исследование по выявлению закономерностей в хаотической динамике лазерных лучей

Результаты эксперимента позволят создать нанолазеры для перспективных миниатюрных оптических нейросетей

Ученые из Самарского университета им. Королева, совместно с коллегами из Самарского филиала Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), провели совместную работу, в рамках которой изучались закономерности в хаотической динамике лазерных лучей. Используя математические модели и компьютерное моделирование, физики смогли точно определить условия, при которых лазерный луч кардинально меняет структуру, внося строгий порядок в хаотическое движение. Утверждается, что результаты данного исследования в перспективе могут привести к созданию специализированных нанолазеров, способных выполнять роль фотонных нейронов в миниатюрных оптических нейросетях будущего.

Проект выполнен при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственных заданий образовательным и научно-исследовательским институтам. Результаты научной деятельности опубликованы в рецензируемом международном журнале.

В университете пояснили, что при создании более совершенных систем искусственного интеллекта перспективным направлением является разработка нейроморфных процессоров на основе фотоники, имитирующих структуру мозга. Они представляют собой комплекс оптических нейросетей, использующих один из видов лазеров — VCSEL (вертикально-излучающий лазер с резонатором Фабри-Перо). Этот лазер отличается характером излучения света от обычных лазерных диодов и обладает свойствами, подходящими для использования в качестве фотонных нейронов. Его важной характеристикой является широкоапертурность, то есть способность формировать широкий световой пучок.

«Порой "виксели" начинают генерировать не то, что обычно ожидается, — вместо сфокусированного луча возникает сильно расходящийся пучок, это называется хаотической динамикой. Мы выявили и рассчитали параметры, при которых это происходит и каким именно образом это происходит — для этого должно возникнуть определенное стечение обстоятельств. Кроме того, в состоянии хаотической динамики лазеры могут образовывать сложные упорядоченные пространственно-временные структуры, своего рода оптические узоры, и мы также рассчитали условия, при которых это происходит, какие именно структуры возникают в лазерном луче», — отметил Антон Кренц, старший научный сотрудник научно-образовательного центра физики неравновесных открытых систем Самарского университета им. Королева и научный сотрудник теоретического сектора Самарского филиала ФИАН, один из авторов исследования.

Кренц подчеркнул, что знания о принципах функционирования «викселей» позволят управлять их хаотической динамикой. Это позволит создавать на основе «викселей» нанолазеры — полупроводниковые устройства размером в несколько сотен нанометров. На их базе можно разработать миниатюрные оптические нейронные сети нового поколения — быстрые, энергоэффективные и имитирующие структуру мозга живых существ. Они могут быть полезны не только в системах искусственного интеллекта, но и в медицине, а также телекоммуникациях.

Ученые считают, что их работа открывает путь к созданию принципиально новых систем искусственного интеллекта для распознавания образов, принятия решений и обработки больших объемов информации. Принцип работы «викселя», основанный на взаимодействии лучей, аналогичен работе нейронов в мозге. Следовательно, нейросеть на основе «викселей» сможет обрабатывать информацию всей своей площадью со скоростью света и с высокой энергоэффективностью, уверены авторы исследования.

Источник: https://vecherka-spb.ru/2025/09/11/samarskie-uchenie-proveli-issledovanie-po-viyavleniyu-zakonomernostei-v-khaoticheskoi-dinamike-lazernikh-luchei