Travaux de thèse de Louis ANDREOLI : "Réseaux de neurones spatiaux récurrents: de l'électro-optique au tout-optique"

Résumé : Depuis ces dernières années, l'intelligence artificielle et plus particulièrement les réseaux de neurones jouent un rôle important dans nos sociétés.  Cependant, les réseaux neuronaux sont émulés par ordinateurs, entraînant des problèmes complexes tels que la parallélisation, l'efficacité énergétique et potentiellement la vitesse des systèmes. Un changement de paradigme est alors souhaitable, mais la mise en oeuvre de réseaux de neurones textit{hardware} reste un réel défi.  Les réseaux neuronaux optiques constituent une piste très prometteuse, permettant potentiellement de résoudre la difficulté de la parallélisation.  Nous avons expérimentalement conçu le premier réseau spatial où les neurones et les connexions sont matériellement et parallèlement réalisés, nous permettant ainsi d'effectuer des expériences singulières.  Ce réseau électro-optique est composé de 961 neurones.  Les connexions neuronales réalisées par diffraction optique offrent au système une grande capacité d'évolution.  L'architecture du réseau est basée sur le concept de textit {reservoir computing}, l'apprentissage consiste alors uniquement à optimiser les poids des connexion de sortie.  La couche de sortie est réalisée par un dispositif à micro-miroir numérique, qui, une fois entraînée, présente l'avantage d'être totalement parallèle, passif, sans limitation de bande passante et donc ne consomme pas d'énergie.  En utilisant une version optimisée d'un apprentissage évolutif, nous constatons que celui-ci converge parfaitement et son temps d'entraînement est linéaire avec la taille du réseau.  Enfin, les principes fondamentaux d'un réseau de neurones tout optique ont été étudiées.  Les neurones sont réalisés via une matrice de micro-piliers lasers à quantum dots.  Une étude approfondie du pompage optique des micro-piliers lasers, offrant à terme une grande capacité d'évolution au réseau, a révélé une efficacité de pompage suffisamment élevée pour faire fonctionner de manière réaliste une centaine de neurones simultanément.

Composition du jury : 

Daniel BRUNNER, CRCN, Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

Claudio CONTI, Associate Professor, University Sapienza, Rapporteur

Antonio HURTADO, Professeur des Universités, University of Strathclyde, Rapporteur

Sylvain GIGAN, Professeur des Universités, Sorbonne Université, Examinateur

Maria-Pilar BERNAL, Directeur de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, Examinateur

Maxime JACQUOT, Professeur des Universités, Université Bourgogne Franche-Comté, Co-Directeur de thèse

Localisation  : 15B, Avenue des Montboucons 25000 BESANCON - salle Amphithéâtre Jean-Jacques Gagnepain