정보통신연구기구(NICT), 사이타마대학, 게이오기주쿠대학의 연구그룹은 반도체 레이저에서 생기는 광 혼돈을 이용해 초고속 포토닉스를 응용한 강화 학습에 세계 최초로 성공했다.

 현대 인공지능(AI)을 지지하는 기계 학습에는 '심층 학습'과 '강화 학습'이라 불리는 기술이 중요하다.강화 학습이란 미지의 환경에서 시행착오를 하면서 학습을 실시하는 방법.그 중심적 과제에 "다수의 슬롯 머신이 늘어선 카지노에서 돈을 극대화하려면 어떻게 하면 좋을까"라는 문제(="다본 팔 반디트 문제")가 있다.

 돈을 극대화하려면 당대의 시도가 필요하지만, 시도를 지나치게 하면 손해를 하고, 일찍의 중단은 당대를 놓치게 된다.이 「탐색」인지 「결단」인지의 문제의 해결은 랜덤하게 받침대를 선택하는 것으로, 종래는 컴퓨터상에서 계산 순서에 근거해 생성하는 「의사 난수」를 이용하고 있었지만 시간이 걸려, 난수의 「 질에도 한계가 있었다.그래서 연구 그룹은 "자연계의 물리 현상을 직접 이용한 강화 학습"을 제안하고 단일 광자를 이용한 방식의 실현에 성공했다.

 이번 연구에서는 반도체 레이저를 이용했을 때 생기는 빛의 '카오스 현상'(주)을 이용해 2대의 슬롯 머신에서 당 확률이 높은 대를 선택하는 문제의 초고속 해결을 실현했다.반도체 레이저로부터 생성 된 레이저 카오스 광을 고속으로 샘플링하고, 「과거의 전력」에 기초한 「임계치」와의 대소 판정만으로 의사 결정을 행한다.이에 따라 정보의 입력에서 출력까지의 시간으로 10억분의 1초(1나노초)라는 고속의 의사결정을 실현, 의사난수에 의한 종래법보다 뛰어난 성능을 보였다.앞으로 주파수 순간 할당 등 AI나 IoT의 기반 기술로 크게 공헌할 것으로 기대된다.

(주) 반도체 레이저로부터의 출사광을 거울로 반사시켜 레이저로 되돌리면, 레이저의 동작이 불안정화되어 혼돈(초기 상태의 소차가 시간을 거쳐 폭발적으로 증대하는 현상)이 발생하는 현상.

논문 정보:【Scientific Reports】Ultrafast photonic reinforcement learning based on laser chaos

사이타마 대학

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사이타마 대학은, 1949년(쇼와 24년)에 신제 국립 대학으로서 구제 우라와 고등학교, 사이타마 사범 학교 및 사이타마 청년 사범 학교를 통합해 창립.교양·경제·교육·이·공의 5학부를 옹호해, 새로운 지식의 지평의 개척과 현대적 과제의 해결에 이바지하는 연구력의 향상, 확실한 연구력을 기반으로 한 고도의 교육 내용[…]

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