Fotones en circuitos ópticos imitan la memoria del cerebro

10:32

Un grupo de científicos italianos ha demostrado que los fotones que viajan por circuitos ópticos pueden comportarse de manera análoga a las redes neuronales del cerebro humano, reproduciendo la forma en que se almacenan y recuperan los recuerdos. El hallazgo, publicado el 18 de febrero en Physical Review Letters, muestra que partículas de luz idénticas pueden imitar las propiedades del modelo de Hopfield, ampliamente usado para describir procesos de memoria asociativa en biología y aprendizaje automático.

El estudio fue realizado por investigadores del Instituto de Nanotecnología del Consejo Nacional de Investigación de Italia (CNR-Nanotec), el Instituto Italiano de Tecnología (IIT), la Universidad de Salento y la Universidad Sapienza de Roma. Mediante interferencia cuántica dentro de chips fotónicos, los científicos comprobaron que los fotones, en lugar de transmitir datos pasivamente, funcionan como unidades activas de procesamiento, actuando como verdaderas neuronas. Marco Leonetti, investigador principal del CNR-Nanotec y del IIT, explicó que “la luz deja de ser un simple medio de transporte para transformarse en el canal donde la memoria ocurre”.

El sistema empleó fotones idénticos en superposición sobre varios modos ópticos, con moduladores de fase e interferómetros que generaron un patrón estadístico equivalente a un modelo de Hopfield generalizado. Al aumentar la cantidad de información almacenada, el sistema mostró límites similares a los del cerebro humano: con pocos datos, la coherencia cuántica permitía recordar con precisión, pero un exceso de información provocaba una transición hacia una fase de desorden conocida como vidrio de espín.

El trabajo combina dos herencias del Premio Nobel. John Hopfield recibió el Nobel de Física 2024 por su contribución a la teoría del aprendizaje automático, mientras que Giorgio Parisi fue galardonado en 2021 por su estudio de sistemas desordenados. Ambos campos convergen en la Universidad Sapienza, escenario de esta investigación.

Según Luca Leuzzi, coautor del estudio, estos dispositivos fotónicos podrían reducir drásticamente el consumo energético de la inteligencia artificial. Con el gasto eléctrico de los centros de datos previsto por encima de los 500 teravatios hora en 2026, los sistemas ópticos representan una alternativa sostenible a los chips convencionales. Fabrizio Illuminati, director del CNR-Nanotec, afirmó que “la luz se convierte en un laboratorio en miniatura capaz de explorar fenómenos complejos de la naturaleza y de los sistemas artificiales”.