Novo chip ultracompacto baseado em luz processa dados na velocidade da luz, demonstrando alta precisão

À medida que os modelos de inteligência artificial se tornam cada vez mais complexos, o hardware eletrônico tradicional se esforça para atender às demandas de velocidade de computação e energia. Os chips de computador convencionais processam informações empurrando partículas eletricamente carregadas, um processo que inerentemente gera calor significativo e requer grandes quantidades de energia enquanto gera calor. Para superar esse gargalo da computação, pesquisadores da Universidade de Sydney criaram um chip fotônico ultracompacto que realiza cálculos matemáticos usando a luz.

Os pesquisadores projetaram esse processador usando simulações avançadas de computador que mapeiam com precisão como as ondas de luz interagem em espaços tridimensionais. Esse método de projeto permite que eles usem blocos de construção físicos minúsculos - cada um menor que um comprimento de onda de luz - como pontos de dados ajustáveis. Essa abordagem específica produz uma densidade computacional surpreendente de aproximadamente 400 milhões de parâmetros por milímetro quadrado. As nanoestruturas resultantes são incrivelmente pequenas, medindo apenas dezenas de micrômetros de diâmetro, o que é mais ou menos comparável à largura de um fio de cabelo humano.

À medida que a luz passa por essas nanoestruturas intrincadas, a geometria física do chip executa automaticamente as operações matemáticas necessárias para o aprendizado de máquina. Como todo o sistema opera com base no movimento dos fótons, os cálculos são concluídos em trilionésimos de segundo.

Para validar o protótipo, a equipe de pesquisa encarregou a rede neural fotônica de classificar mais de 10.000 imagens biomédicas, incluindo exames de tórax, mama e abdômen. O sistema alcançou uma precisão de classificação de aproximadamente 90% em experimentos físicos e de até 99% em simulações. Ao incorporar recursos de inteligência artificial diretamente em estruturas em nanoescala, os pesquisadores estabeleceram uma plataforma altamente dimensionável e eficiente em termos de energia que poderia reduzir drasticamente a enorme pegada ambiental da futura infraestrutura de computação.