LLEGIR EN CASTELLÀ
La pròxima gran revolució tecnològica podria derivar-se dels feixos de llum, en lloc dels xips de silici. La computació fotònica promet superar les limitacions de l'electrònica tradicional i obrir el camí a sistemes d'intel·ligència artificial més ràpids i amb major eficiència energètica, la qual cosa suposa que siguin menys contaminants. La història de la informàtica ha estat marcada per una paradoxa: mentre el món físic és continu i complex, els ordinadors han hagut de traduir-ho tot a zeros i uns. Ara, un equip internacional d'investigadors, liderats des d'Espanya per l'Institut de Física Interdisciplinària i Sistemes Complexos (IFISC), proposa donar un gir de 180 graus: aprofitar directament les propietats dels sistemes físics —en particular la llum— per a processar informació.
El projecte Post-Digital és una Xarxa de Formació Innovadora Marie SkÅ‚odowska-Curie, finançada per la Unió Europea, que reuneix 14 actors acadèmics i industrials, entre ells IBM i Thales, líders en computació òptica i neuromòrfica. En la seva primera fase, coordinada per la Universitat d’Aston (Anglaterra), l'objectiu ha estat formar 15 investigadors joves en el top de les tecnologies de la informació i la comunicació (TIC). En 2025 ha començat la versió Plus per a quatre anys més, coordinada per l’IFISC, integrat per la Universitat de les Illes Balears i el Centre Superior de Recerques Científiques (CSIC), amb seu a Mallorca. Lidera el projecte el físic Claudio Mirasso des de l'institut espanyol, on també formen part de l'equip Miguel C. Soriano, Ingo Fischer i Apostolos Argyris. En la segona fase, a la qual també s’afegeixen altres empreses (Hewlett Packard Enterprise Belgium, NcodiN, Akhetronics i la valenciana VLC Photonics), es formarà a 17 nous investigadors joves. Cervells privilegiats al servei del progrés.
L'objectiu és que la nova generació d'enginyers, físics i informàtics sigui capaç de dissenyar i desenvolupar sistemes informàtics no convencionals que “donin suport al panorama TIC europeu per superar la crisi imminent de les tecnologies digitals”. El risc es deriva de la ingent generació de dades a causa “del creixement de les aplicacions d'internet i la proliferació vertiginosa de diversos serveis de banda ampla interconnectats (el núvol, Facebook, Google, YouTube, transmissions de vídeo HD sota demanda, anàlisi de negocis i intercanvi de contingut en línia, telepresència, etc.), telèfons intel·ligents, xarxes de sensors industrials i altres aplicacions”. Aquesta situació exigeix un augment massiu de la potència de processament i de l'amplada de banda de les comunicacions que, segons els experts, la tecnologia digital no podrà assumir. “Cerquem desenvolupar hardware fotònic i optoelectrònic”, assenyala Mirasso. Les recerques sobre computació no convencional ja han donat els seus primers fruits i obren una perspectiva de futur molt prometedora.
Al seu treball, els investigadors exploren com els substrats fotònics podrien convertir-se en motors de còmput capaços d'implementar xarxes neuronals artificials. Aquestes connexions, fonamentals per a l'aprenentatge automàtic i la intel·ligència artificial, es beneficiarien de dos avantatges decisius: la velocitat de la propagació de la llum i el seu baix consum energètic en comparació amb els sistemes electrònics.
El gran volum en la generació de dades demanda un augment de la potència de processament i l'amplada de banda de les comunicacions. En aquest panorama, la computació no convencional pot ser la solució
La llum, la gran aliada
Hi ha diversos prototips de xarxes neuronals fotòniques que ja s'estan provant en assajos, capaços de fer tasques de classificació i reconeixement amb una eficiència notable. Si s'aconsegueix traslladar aquestes experiències a gran escala, la llum podria reemplaçar o complementar als circuits electrònics en àrees crítiques com el processament massiu de dades, la visió per computadora o l'anàlisi en temps real de sistemes complexos. “El nostre repte és aconseguir traslladar les nostres demostracions en laboratori als dispositius reals. La intel·ligència artificial actual funciona amb algorismes que volem que passin directament per un xip fotònic. L'usuari final podrà fer més operacions en menys temps i consumint menys energia, així a més es rendibilitzarà la bateria dels dispositius”, exposa Miguel C. Soriano, responsable de la part del CSIC.
La intel·ligència artificial actual funciona amb algorismes que volem que passin directament per un xip fotònic. L'usuari final podrà fer més operacions en menys temps i consumint menys energia
En plena crisi climàtica, els avantatges sobre el consum energètic apunten les dades més importants. Amb l'electrònica actual, els xips especialitzats en intel·ligència artificial consumeixen una quantitat d'energia que els permet realitzar entre 1 i 30 bilions d'operacions per watt (TOPS/W). El potencial verd de la fotònica és evident. “Els prototips de laboratori que usen llum en lloc d'electricitat mostren un potencial teòric per a ser entre 10 i 100 vegades més eficients. La raó és simple: la llum viatja gairebé sense resistència, evitant gran part de l'energia que els electrons perden en forma de calor”, explica Soriano.
Analitzant més xifres, també la velocitat d'operació del processador òptic marca clares diferències. Els acceleradors més potents del mercat aconsegueixen ja milers de bilions d'operacions per segon (milers de TOPS) en un sol xip. “Els prototips de laboratori ja han demostrat la capacitat d'igualar als xips electrònics més ràpids, aconseguint milers de TOPS. Però el seu veritable potencial, gràcies a l'ús de múltiples colors de llum en paral·lel, apunta a la frontera dels milions de TOPS, una velocitat avui inassolible per a l'electrònica i possible teòricament amb sistemes fotònics”, afegeix l'investigador.
Els prototips de laboratori que usen llum en lloc d'electricitat mostren un potencial teòric per a ser entre 10 i 100 vegades més eficients. La raó és simple: la llum viatja gairebé sense resistència, evitant gran part de l'energia que els electrons perden en forma de calor
En la pràctica, aquests sistemes poden ser claus en aviació extrema, matisa Soriano. A l'hora de pilotar un caça, per exemple, que requereixi canvis molt ràpids en l'aire per a modificar la seva trajectòria. També es preveu com a gran aliat en la conducció autònoma de vehicles. En aquests casos entra en joc la latència, que és el temps que s'inverteix a fer un càlcul, per al qual la llum es presenta com a molt més resolutiva. “A curt, mitjà i llarg termini es podran beneficiar, sobretot, empreses, però també l'administració i ens públics com hospitals, per a l'anàlisi de vídeo imatges de salut”, assegura Mirasso.
Una aposta de futur
No obstant això, no tot està resolt. Els investigadors adverteixen que encara existeixen reptes importants: dissenyar dispositius reprogramables, integrar aprenentatge directament en el hardware físic i garantir l'estabilitat dels sistemes. “Queden esculls que superar per a arribar a abastar la multifunció que ofereixen els ordinadors actuals”, diu Soriano. La transició de l'electrònica a la fotònica no serà immediata, però les bases conceptuals i experimentals ja estan posades i s'ambiciona la seva aplicació. “Aquest camí està recolzat per un consell assessor industrial actiu, un pla clar per a dur els resultats al mercat, així com normes de propietat intel·lectual ben definides”, afegeix Mirasso.
La conclusió és clara: la computació no convencional, i en particular la fotònica, podria redefinir el futur del processament de la informació. Una revolució silenciosa —o més aviat lluminosa— que promet canviar la manera en què funcionen les màquines intel·ligents, amb un model inspirat en el cervell humà.