Em um avanço significativo para o processamento de inteligência artificial, pesquisadores europeus demonstraram uma nova abordagem de computação que utiliza luz em vez de eletricidade para realizar cálculos complexos em velocidades sem precedentes.
A conquista resulta de uma colaboração entre equipes da Universidade de Tampere, na Finlândia, e da Université Marie et Louis Pasteur, na França, que usaram com sucesso pulsos de laser de femtossegundos (um bilhão de vezes mais curtos que o flash de uma câmera) direcionados por fibras de vidro ultrafinas para executar cálculos semelhantes aos de IA. O que torna esse feito notável é tanto a velocidade quanto a eficiência do processo — realizando cálculos em menos de um picosegundo e atingindo mais de 91% de precisão no benchmark MNIST de reconhecimento de dígitos manuscritos, um teste padrão para sistemas de IA.
"Este trabalho demonstra como pesquisas fundamentais em óptica não linear de fibras podem impulsionar novas abordagens para a computação", explicaram os líderes da pesquisa, Professores Goëry Genty, John Dudley e Daniel Brunner. "Ao unir física e aprendizado de máquina, estamos abrindo novos caminhos para hardwares de IA ultrarrápidos e eficientes em termos energéticos."
O sistema funciona enviando pulsos de laser contendo múltiplos comprimentos de onda através de fibras ópticas com seção transversal menor que um fio de cabelo humano. Os pesquisadores codificam informações introduzindo atrasos relativos entre esses comprimentos de onda conforme os dados das imagens. À medida que a luz percorre a fibra, a interação não linear entre a luz e o vidro transforma o espectro de maneiras que preservam e processam as informações codificadas.
Curiosamente, a equipe descobriu que o desempenho ideal não veio da maximização das interações não lineares, mas sim de encontrar um equilíbrio preciso na complexidade do sistema. Essa percepção pode ser crucial para o desenvolvimento futuro de sistemas de computação fotônica.
Os pesquisadores agora trabalham para construir sistemas ópticos integrados em chips que possam operar em tempo real fora de ambientes laboratoriais. Se bem-sucedida, essa tecnologia pode revolucionar o processamento de IA ao reduzir drasticamente o consumo de energia e aumentar as velocidades de processamento em ordens de magnitude em comparação com os sistemas eletrônicos atuais.
A pesquisa foi publicada na revista Optics Letters, com o artigo intitulado "Limits of nonlinear and dispersive fiber propagation for an optical fiber-based extreme learning machine".