Il nuovo chip ultracompatto basato sulla luce elabora i dati alla velocità della luce, dimostrando un'elevata precisione

Man mano che i modelli di intelligenza artificiale diventano sempre più complessi, l'hardware elettronico tradizionale fatica a soddisfare le richieste di velocità di calcolo e di energia. I chip dei computer convenzionali elaborano le informazioni spingendo particelle caricate elettricamente, un processo che genera intrinsecamente un calore significativo e richiede enormi quantità di energia mentre genera calore. Per superare questo collo di bottiglia informatico, i ricercatori dell'Università di Sydney hanno progettato un chip fotonico ultracompatto che esegue calcoli matematici utilizzando la luce.

I ricercatori hanno progettato questo processore utilizzando simulazioni informatiche avanzate che mappano con precisione il modo in cui le onde luminose interagiscono all'interno di spazi tridimensionali. Questo metodo di progettazione consente loro di utilizzare minuscoli blocchi fisici, ciascuno più piccolo di una lunghezza d'onda della luce, come punti dati regolabili. Questo approccio specifico produce una densità di calcolo sorprendente, pari a circa 400 milioni di parametri per millimetro quadrato. Le nanostrutture risultanti sono incredibilmente piccole, misurano solo decine di micrometri di larghezza, che è approssimativamente paragonabile alla larghezza di un capello umano.

Quando la luce passa attraverso queste intricate nanostrutture, la geometria fisica del chip esegue automaticamente le operazioni matematiche necessarie per l'apprendimento automatico. Poiché l'intero sistema funziona in base al movimento dei fotoni, i calcoli vengono completati in trilionesimi di secondo.

Per convalidare il prototipo, il team di ricerca ha incaricato la rete neurale fotonica di classificare oltre 10.000 immagini biomediche, tra cui scansioni del torace, del seno e dell'addome. Il sistema ha raggiunto un'accuratezza di classificazione di circa il 90% negli esperimenti fisici e fino al 99% nelle simulazioni. Incorporando le capacità di intelligenza artificiale direttamente nelle strutture su scala nanometrica, i ricercatori hanno creato una piattaforma altamente scalabile ed efficiente dal punto di vista energetico, che potrebbe ridurre drasticamente l'enorme impronta ambientale delle future infrastrutture informatiche.