Immagina un computer che non si affida solo all’elettronica, ma utilizza la luce per eseguire compiti in modo più veloce ed efficiente. Una collaborazione tra due team di ricerca dell’Università di Tampere in Finlandia e dell’Université Marie et Louis Pasteur in Francia ha dimostrato un modo innovativo di elaborare informazioni usando la luce e le fibre ottiche, aprendo la strada alla costruzione di computer ultra-veloci.
Verso un’elaborazione efficiente
Nel loro recente lavoro, i ricercatori hanno utilizzato impulsi laser di durata femtosecondi (un miliardo di volte più brevi di un lampo di fotocamera) e una fibra ottica che confina la luce in un’area più piccola di una frazione di capello umano per dimostrare il principio di funzionamento di un sistema ELM ottico. Gli impulsi sono abbastanza brevi da contenere un gran numero di lunghezze d’onda o colori diversi. Inviandoli nella fibra con un ritardo relativo codificato secondo un’immagine, hanno dimostrato che lo spettro risultante di lunghezze d’onda all’uscita della fibra, trasformato dall’interazione non lineare tra luce e vetro, contiene informazioni sufficienti per classificare cifre scritte a mano (come quelle usate nel popolare benchmark MNIST per l’AI). Secondo i ricercatori, i migliori sistemi hanno raggiunto un’accuratezza superiore al 91%, vicina ai metodi digitali all’avanguardia, in meno di un picosecondo.
Innovazione nella computazione
Il lavoro svolto dai ricercatori post-dottorato Dr. Mathilde Hary dell’Università di Tampere e Dr. Andrei Ermolaev dell’Université Marie et Louis Pasteur, Besançon, ha dimostrato come la luce laser all’interno di sottili fibre di vetro possa imitare il modo in cui l’intelligenza artificiale (AI) elabora le informazioni. La loro ricerca ha esplorato una particolare classe di architettura di calcolo nota come Extreme Learning Machine, un approccio ispirato alle reti neurali. “Invece di utilizzare l’elettronica convenzionale e gli algoritmi, il calcolo viene realizzato sfruttando l’interazione non lineare tra impulsi di luce intensa e il vetro,” spiegano Hary ed Ermolaev.
Oltre i limiti dell’elettronica tradizionale
L’elettronica tradizionale sta raggiungendo i suoi limiti in termini di larghezza di banda, throughput dei dati e consumo energetico. I modelli di AI stanno diventando sempre più grandi, richiedendo più energia, e l’elettronica può elaborare dati solo fino a una certa velocità. Le fibre ottiche, d’altra parte, possono trasformare i segnali di input a velocità migliaia di volte più rapide e amplificare piccole differenze attraverso interazioni non lineari estreme per renderle discernibili.
Ciò che è notevole è che i migliori risultati non si sono verificati al massimo livello di interazione non lineare o complessità, ma piuttosto da un delicato equilibrio tra lunghezza della fibra, dispersione (la differenza di velocità di propagazione tra diverse lunghezze d’onda) e livelli di potenza. “La performance non è semplicemente una questione di spingere più potenza attraverso la fibra. Dipende da quanto precisamente la luce è inizialmente strutturata, in altre parole come l’informazione è codificata, e come interagisce con le proprietà della fibra,” afferma Hary.
Sfruttando il potenziale della luce, questa ricerca potrebbe aprire la strada a nuovi modi di calcolare, esplorando percorsi verso architetture più efficienti.
Fonte: Science Daily
