Un nuevo chip ultracompacto basado en la luz procesa datos a la velocidad de la luz, demostrando una gran precisión

A medida que los modelos de inteligencia artificial se hacen cada vez más complejos, el hardware electrónico tradicional lucha por satisfacer las demandas de velocidad de computación y energía. Los chips informáticos convencionales procesan la información empujando partículas cargadas eléctricamente de un lado a otro, un proceso que genera inherentemente un calor significativo y requiere enormes cantidades de energía al mismo tiempo que genera calor. Para superar este cuello de botella informático, investigadores de la Universidad de Sídney han diseñado un chip fotónico ultracompacto que realiza cálculos matemáticos utilizando la luz.

Los investigadores diseñaron este procesador utilizando simulaciones informáticas avanzadas que trazan con precisión cómo interactúan las ondas de luz dentro de espacios tridimensionales. Este método de diseño les permite utilizar bloques de construcción físicos diminutos -cada uno más pequeño que una longitud de onda de luz- como puntos de datos ajustables. Este enfoque específico produce una asombrosa densidad computacional de aproximadamente 400 millones de parámetros por milímetro cuadrado. Las nanoestructuras resultantes son increíblemente pequeñas, miden sólo decenas de micrómetros de diámetro, lo que es aproximadamente comparable a la anchura de un cabello humano.

A medida que la luz atraviesa estas intrincadas nanoestructuras, la geometría física del chip realiza automáticamente las operaciones matemáticas necesarias para el aprendizaje automático. Dado que todo el sistema funciona basándose en el movimiento de los fotones, los cálculos se completan en trillonésimas de segundo.

Para validar el prototipo, el equipo de investigación encargó a la red neuronal fotónica la clasificación de más de 10.000 imágenes biomédicas, incluidas exploraciones de tórax, mamas y abdomen. El sistema logró una precisión de clasificación de aproximadamente el 90% en los experimentos físicos y de hasta el 99% en las simulaciones. Al incrustar capacidades de inteligencia artificial directamente en estructuras a nanoescala, los investigadores han establecido una plataforma altamente escalable y energéticamente eficiente que podría reducir drásticamente la enorme huella medioambiental de la futura infraestructura informática.