In un significativo passo avanti per l’elaborazione dell’intelligenza artificiale, ricercatori europei hanno dimostrato un nuovo approccio al calcolo che utilizza la luce al posto dell’elettricità per eseguire calcoli complessi a velocità senza precedenti.
La scoperta nasce dalla collaborazione tra i team dell’Università di Tampere in Finlandia e dell’Université Marie et Louis Pasteur in Francia, che hanno utilizzato con successo impulsi laser di pochi femtosecondi (un miliardo di volte più brevi di un lampo di fotocamera) diretti attraverso fibre di vetro ultra-sottili per eseguire calcoli simili a quelli dell’AI. Ciò che rende questo risultato straordinario è sia la velocità sia l’efficienza del processo: i calcoli vengono completati in meno di un picosecondo, raggiungendo oltre il 91% di accuratezza sul benchmark MNIST per il riconoscimento di cifre scritte a mano, uno standard per i sistemi di intelligenza artificiale.
"Questo lavoro dimostra come la ricerca fondamentale nell’ottica non lineare delle fibre possa guidare nuovi approcci al calcolo," spiegano i responsabili della ricerca, i professori Goëry Genty, John Dudley e Daniel Brunner. "Unendo fisica e apprendimento automatico, stiamo aprendo nuove strade verso hardware AI ultraveloci ed efficienti dal punto di vista energetico."
Il sistema funziona inviando impulsi laser contenenti molteplici lunghezze d’onda attraverso fibre ottiche con una sezione trasversale più sottile di un capello umano. I ricercatori codificano le informazioni introducendo ritardi relativi tra queste lunghezze d’onda in base ai dati delle immagini. Mentre la luce attraversa la fibra, l’interazione non lineare tra luce e vetro trasforma lo spettro in modi che preservano ed elaborano le informazioni codificate.
Curiosamente, il team ha scoperto che le prestazioni ottimali non derivano dal massimizzare le interazioni non lineari, bensì dal trovare un equilibrio preciso nella complessità del sistema. Questa intuizione potrebbe rivelarsi cruciale per lo sviluppo futuro dei sistemi di calcolo fotonico.
I ricercatori stanno ora lavorando per realizzare sistemi ottici su chip che possano operare in tempo reale anche al di fuori dell’ambiente di laboratorio. Se avranno successo, questa tecnologia potrebbe rivoluzionare l’elaborazione AI, riducendo drasticamente il consumo energetico e aumentando la velocità di elaborazione di ordini di grandezza rispetto ai sistemi elettronici attuali.
La ricerca è stata pubblicata su Optics Letters, con l’articolo intitolato "Limits of nonlinear and dispersive fiber propagation for an optical fiber-based extreme learning machine."