Un nuovo studio mostra che anche gli elementi costitutivi più fondamentali della materia, gli atomi, possono fungere da repository di calcolo in cui tutte le elaborazioni di input e output avvengono attraverso mezzi ottici.
Nuovi studi ampliano le prospettive su ciò che costituisce un “computer” e quanto può essere piccola un’unità computazionale.
Quando definiamo un “computer” come qualsiasi dispositivo che elabora le informazioni attraverso input e output, solleva la questione di quali oggetti possono eseguire questi calcoli e quanto piccoli possono essere questi computer. Con i transistor che raggiungono i limiti della miniaturizzazione, trovare risposte a queste domande diventa cruciale, in quanto potrebbero portare allo sviluppo di un nuovo paradigma informatico.
In un nuovo studio pubblicato su EPJ Plus dai ricercatori della Tulane University di New Orleans, Louisiana, Gerard McCaul e il suo team dimostrano che gli atomi, uno dei mattoni fondamentali della materia, “possono fungere da serbatoio per il calcolo in cui tutti gli input-output l’elaborazione è ottica.
“Avevamo l’idea che la capacità di calcolo fosse una proprietà universale condivisa da tutti i sistemi fisici, ma all’interno di quel paradigma c’è una grande profusione di strutture su come si potrebbe effettivamente provare a eseguire calcoli”, afferma McCaul.
Aggiunge che uno dei più importanti di questi framework è il calcolo neuromorfico o di riserva con un computer neuromorfo che mira a imitare il cervello. Questo concetto è alla base dello sviluppo esplosivo dell’apprendimento automatico e dell’intelligenza artificiale negli ultimi decenni e porta a un computer potenzialmente non lineare in cui l’output non è linearmente proporzionale all’input. Ciò è auspicabile in quanto potrebbe portare a un’architettura di calcolo sufficientemente flessibile da poter ottenere qualsiasi dato output, dato un input adeguato.
“Cioè, se vogliamo un determinato risultato computazionale, abbiamo la garanzia che esista un input per il calcolo che lo raggiungerà”, afferma McCaul. “Questo è impossibile se il nostro sistema mostra solo una risposta lineare!”
Il team ha proposto un computer a singolo atomo non lineare con le informazioni di input codificate direttamente in luce e l’output anche sotto forma di luce. Il calcolo viene quindi determinato dai filtri attraverso i quali viene fatta passare l’emissione luminosa.
“La nostra ricerca ha confermato che questo approccio funziona in linea di principio, oltre a confermare il fatto che il sistema ha funzionato meglio quando la luce in ingresso è stata progettata per indurre un grado più elevato di non linearità nel sistema”, afferma McCaul. “Probabilmente direi che ciò che stiamo cercando di sottolineare con questo lavoro è che il sistema minimo in grado di calcolare esiste davvero a livello di un singolo atomo e che il calcolo può essere eseguito esclusivamente con processi ottici”.