EU-Projekt PHOCUS widmet sich gedankenschnellen photonischen Systemen
In den letzten Jahren waren wir Zeugen beeindruckender Fortschritte in der optischen Informationsverarbeitung, aber noch gibt es einige Hürden zu überwinden, wenn wir tatsächlich bessere photonische - mit Licht kommunizierende - Netzwerke Realität werden lassen wollen. Das PHOCUS-Projekt ("Towards a photonic liquid state machine based on delay-coupled systems") stellt sich direkt dieser Herausforderung. In seinem Rahmen werden photonische Systeme geplant und gestaltet, die mithilfe von Licht kommunizieren und so für eine superschnelle Signalverarbeitung und flexible Abwicklung sorgen. Das Projekt wird innerhalb des Themenbereichs "Informations- und Kommunikationstechnologien" (IKT) des Siebten EU-Rahmenprogramms (RP7) mit Mitteln in Höhe von 1,81 Mio. EUR gefördert. Die von der Universitat de les Illes Balears (UIB) in Spanien koordinierten PHOCUS-Projektpartner sehen in ihren innovativen Systemen die Fähigkeit zur Durchführung komplexer Berechnungen sowie einer schnellen und effizienten Verarbeitung großer Datenmengen. Die Forscher vergleichen diese neuartige Rechentechnologie mit der gedankenschnellen Informationsverarbeitung im menschlichen Gehirn. "Auf welche Weise die elektrischen Signale der Milliarden Nervenzellen des Gehirns organisiert werden, sodass das Organ derart schnell richtige Antworten liefern kann, ist eine der großen offenen Fragen der Hirnforschung", erläutert Projektkoordinator Claudio Mirasso vom Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems (IFISC) der UIB. "In den vergangenen Jahren ist in den Neurowissenschaften jedoch ein Paradigma entwickelt worden, das zu einer Antwort hinführen könnte." Neurowissenschaftler vergleichen die Reaktionen des menschlichen Gehirns auf äußere Reize mit der Reaktion einer Flüssigkeit auf Störungen von außen. Man stelle sich etwa einen Kieselstein vor, der ins Wasser geworfen wird. Anhand der Wellen, die beim Aufprall auf dem Wasser aufgelöst werden, kann man recht einfach bestimmen, wann und wo der Stein die Oberfläche getroffen hat. So könnte es nach Ansicht der Forscher möglich sein, anhand der Reaktion neuronaler Netzwerke Informationen über die auslösenden äußeren Reize zu erschließen. Diesen Netzwerken werden Reize oder Daten zugeführt, die als "Reservoirs" bezeichnet werden. Die PHOCUS-Partner verweisen darauf, dass existierende Computermodelle neuronaler Netzwerke bisher jedoch nur wenige Reize erkennen könnten, da das Zusammenspiel der Modellelemente für verschiedene Inputs insgesamt neu eingestellt werden muss. An diesem Punkt kommt nun das Konzept der sogenannten Reservoir-Rechnung ins Spiel: Dieses Verfahren berührt das Reservoir nicht und so muss nur der Auslesemechanismus für berechnete Daten eingestellt werden. Erste Experimente haben gezeigt, dass das Auslesen der Daten deutlich einfacher zu trainieren ist als die Reservoirs selbst", sagt Professor Jürgen Kurths vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung in Deutschland, gleichfalls PHOCUS-Partner. Lässt man Reservoirs unbehelligt, so können äußere Reize oder Inputs für eine gewisse Zeit in ihnen nachgewiesen werden. Bei Reservoir-Berechnungen wandeln diese Form der Speicherung und die einsetzende Reaktion des Reservoirs den Input in eine große Zahl dynamischer Zustände des Reservoirs um. Endergebnis ist ein hochdimensionaler Raum der Zustände. Die Reaktion des Reservoirs sei im hochdimensionalen Raum der Zustände leichter zu erkennen, so die Partner - diese Identifizierung könne zur Klassifizierung verschiedener Inputs genutzt werden. Photonische Systeme dienen dem PHOCUS-Team zufolge auch als Beispiel für die Nutzbarkeit komplexen Verhaltens. Der Austausch zwischen Wissenschaftlern führte zu der Idee, dass photonische Systeme genutzt werden könnten, um Hirnfunktionen besser zu verstehen und eventuell nachbilden zu können. Die mit Licht kommunizierenden Systeme sind mit modernen Telekommunikationstechnologien kompatibel - das Einbinden großer photonischer Systeme wäre jedoch kostenaufwändig und kompliziert. PHOCUS startete im Januar 2010 und soll bis Ende 2012 laufen. Es wurde bereits ein frischer Ansatz identifiziert, um das komplexe Netzwerk mit einer begrenzten Anzahl von photonischen Komponenten arbeiten zu lassen. Ergebnis des Einsatzes der Reservoir-Berechnung mithilfe photonischer Systeme in der Hochgeschwindigkeits-Datenverarbeitung könnten Alternativen zu Supercomputern oder Computerclustern sein, die weniger Energie und weniger Platz benötigen. Die PHOCUS-Partner kommen aus Belgien, Deutschland, Frankreich und Spanien.
Länder
Belgien, Deutschland, Spanien, Frankreich