Dans une avancée majeure pour le traitement de l’intelligence artificielle, des chercheurs européens ont démontré une nouvelle approche du calcul utilisant la lumière au lieu de l’électricité pour effectuer des opérations complexes à des vitesses inédites.
Cette percée résulte d’une collaboration entre les équipes de l’Université de Tampere en Finlande et de l’Université Marie et Louis Pasteur en France, qui ont utilisé avec succès des impulsions laser femtosecondes (un milliard de fois plus courtes qu’un flash d’appareil photo) dirigées à travers des fibres de verre ultra-fines pour réaliser des calculs de type IA. Ce qui rend cette réalisation remarquable, c’est à la fois la rapidité et l’efficacité du procédé : les calculs sont effectués en moins d’une picoseconde tout en atteignant plus de 91 % de précision sur le benchmark MNIST de reconnaissance de chiffres manuscrits, un test de référence pour les systèmes d’IA.
« Ce travail démontre comment la recherche fondamentale en optique non linéaire des fibres peut ouvrir de nouvelles voies pour le calcul », expliquent les responsables de la recherche, les professeurs Goëry Genty, John Dudley et Daniel Brunner. « En fusionnant la physique et l’apprentissage automatique, nous ouvrons la voie à du matériel d’IA ultrarapide et économe en énergie. »
Le système fonctionne en envoyant des impulsions laser contenant plusieurs longueurs d’onde à travers des fibres optiques dont la section est plus fine qu’un cheveu humain. Les chercheurs encodent l’information en introduisant des décalages relatifs entre ces longueurs d’onde selon les données d’image. À mesure que la lumière progresse dans la fibre, l’interaction non linéaire entre la lumière et le verre transforme le spectre de manière à préserver et traiter l’information encodée.
Fait intéressant, l’équipe a découvert que la performance optimale ne provenait pas d’une maximisation des interactions non linéaires, mais plutôt de la recherche d’un équilibre précis dans la complexité du système. Cette découverte pourrait s’avérer cruciale pour le développement futur de systèmes de calcul photonique.
Les chercheurs travaillent désormais à la conception de systèmes optiques intégrés sur puce, capables de fonctionner en temps réel en dehors des laboratoires. Si elle aboutit, cette technologie pourrait révolutionner le traitement de l’IA en réduisant drastiquement la consommation d’énergie tout en augmentant la vitesse de calcul de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux systèmes électroniques actuels.
La recherche a été publiée dans la revue Optics Letters, sous le titre « Limits of nonlinear and dispersive fiber propagation for an optical fiber-based extreme learning machine ».