Leparticelle di luce, i fotoni, possonosimulareimeccanismidifunzionamentodellamemoria associativa e delle reti neurali, aprendo nuove prospettive per lo sviluppodisistemi di calcolo ispiratialcervello umanoche possano offrirealte prestazioni e consumi ridotti. Lo dimostra uno studio internazionale a cui hanno partecipato l’Istituto di Nanotecnologia del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Nanotec), l’Istituto Italiano di Tecnologia (Iit) e la Sapienza Università di Roma. I risultati sono pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.

I ricercatori hanno scoperto chefotoni identiciche si propagano all’interno di circuiti otticisicomportano spontaneamente come unaRete di Hopfield, uno dei modelli matematici più noti per descrivere i meccanismi di memoria associativa del cervello umano. “Invece di utilizzare chip elettronici tradizionali, abbiamosfruttato l’interferenza quantistica, il fenomeno che si manifesta nei chip fotonici quando le  particelle di luce si sovrappongono e interagiscono tra loro per codificare e recuperare informazioni”, osserva Marco Leonetti, primo ricercatore del Cnr-Nanotec e affiliato al Center for Life Nano- and Neuro-Science dell'Iit.  “In questo sistema, ifotoninon sono semplici portatori di dati, madiventanoessi stessi i‘neuroni’di una memoria associativa”. 

Lo studio evidenzia l’esistenza di un limite fondamentaledellacapacitàdimemoria, analogoaquelloosservato neisistemi biologici. “Quando ilnumero di informazioni memorizzateèlimitato,ilsistemariesce arecuperarlecorrettamente grazie allacoerenza quantistica”, aggiunge il primo autore dello studio Gennaro Zanfardino, attualmente borsista di ricerca dell’Università del Salento. “All’aumentare dei dati,però, emerge unatransizioneverso una fase diblackoutdellamemoria,in cui il sistema entra in uno stato didisordine,tecnicamente definito vetro dispin, perdendolacapacità di recupero”.

“Questi risultati aprononuove prospettive per l’impiego dell’ottica quantistica e della fotonica integratanello sviluppo disistemidi intelligenza artificiale”, sottolinea Luca Leuzzi, dirigente di ricerca Cnr-Nanotec e associato alla Sapienza di Roma. “Dispositivi di questo tipo potrebbero garantire elevate prestazioni con un consumo energetico drasticamente inferiore rispetto agli attuali data center”.

La piattaforma fotonica sviluppata consente inoltre di simulare einvestigare sistemi fisici complessi e disordinati, difficilmente trattabili con i computer convenzionali.