C’è una limitazione intrinseca con i calcolatori (dai più chiamati computer) “universali” odierni, fatti con il silicio: il calcolo parallelo. Per questo i ricercatori di tutto il mondo sono sempre impegnati nello sperimentare nuovi modi di fare calcoli, più naturalmente paralleli. Una famiglia di queste alternative sono i calcolatori ottici.

L’interesse per il calcolo parallelo è sempre stato intenso perché il mondo è intrinsecamente parallelo: come avrete sicuramente notato, in ogni momento succedono varie cose contemporaneamente. Per simulare il mondo, quindi, o più in particolare i cervelli degli animali (umani inclusi), quindi, avere sistemi che scalano in modo facile e soprattutto efficiente quando si tratta di eseguire molte istruzioni contemporaneamente è di grande interesse.

Un gruppo di ricerca internazionale guidato da Mario Chemnitz e Bennet Fischer dell’istituto di tecnologia fotonica (IPHT) di Jena ha, lo scorso ottobre, pubblicato un articolo su Advanced Science (Wiley) dove discute un nuovo approccio per utilizzare le interazioni della luce nelle fibre ottiche per creare un computer ottico in grado di eseguire l’inferenza dei una rete neuronale.

La scoperta si basa sull’osservazione che le equazione che descrivono l’interferenza di pacchetti d’onda che si propagano nelle fibre ottiche e quelle che si usano per calcolare l’output dei layer delle reti neuronali hanno delle forti similitudini:

One way to understand why optical waves may compute in a neuromorphic manner is to visualize the analogous mathematical structure between deep neural networks and the differential equations that govern nonlinear wave propagation. This analogy is especially effective when utilizing time-frequency modes for visualization.

Il gruppo di ricerca ha implementato un processore a (singola) fibra ottica basato su un laser pulsato e un filtro programmabile:

We experimentally implemented a nonlinear fiber system consisting of a femtosecond laser source, a programmable filter for data encoding, and a highly nonlinear, anomalous dispersive fiber for data processing

Per dimostrare l’efficacia del sistema, ha detto Mario Chemnitz a Techradar Pro, il gruppo ha usato il proprio marchingegno per classificare test positivi e negativi alla COVID-19, con ottimi risultati:

The team has successfully applied this method in a pilot study to diagnose COVID-19 infections using voice samples supplied by the University of Cambridge. The results achieved a detection rate that surpasses the best digital systems to date.

In maniera stilizzata, Wiley ha pubblicato un video su YouTube che illustra il funzionamento di questo tipo di processore ottico: