As propriedades de uma fonte de luz são frequentemente caracterizadas por uma quantidade que os físicos chamam de coerência: o grau em que as ondas de luz são consistentes entre si no tempo e no espaço. Fontes de luz de baixa coerência, como o sol e as lâmpadas, emitem luz em uma ampla gama de cores (ou comprimentos de onda). Por outro lado, fontes de luz projetadas de alta qualidade (como lasers) têm uma faixa de comprimento de onda muito estreita e normalmente aparecem como uma única cor.

A capacidade de projetar e usar luz altamente coerente (lasers) tem sido a base de aplicações modernas, como comunicações ópticas, tecnologias de sensoriamento remoto Light Detection and Ranging (LiDAR) e tecnologias de imagens médicas. Assim, era natural supor que usar fontes de luz mais coerentes melhora o desempenho do sistema e as funcionalidades do dispositivo, por exemplo, permitindo maior resolução e medições mais precisas.

Esta nova descoberta desafia essa sabedoria convencional e revela que fontes de luz de baixa coerência podem realmente funcionar melhor em casos específicos, como um acelerador de IA fotônico – uma tecnologia emergente onde fótons são usados ??em vez de elétrons para realizar cálculos de IA.

A equipe usou uma fonte de luz parcialmente coerente ao aproveitar uma porção estreita do espectro de luz incoerente produzida por um amplificador de fibra dopada com érbio eletricamente bombeado (um dispositivo usado em comunicação óptica para aumentar a força dos sinais de luz que viajam através de fibras ópticas). Essa luz parcialmente coerente foi dividida uniformemente e distribuída em diferentes canais de entrada para uma matriz computacional de IA paralela. Usando tal fonte de luz, o paralelismo da computação de IA é surpreendentemente aprimorado por N vezes em um acelerador fotônico com N canais de entrada.

Como um caso de teste, a equipe usou esse sistema para identificar pacientes com doença de Parkinson analisando como eles andavam, alcançando uma precisão de classificação de mais de 92%. A equipe também demonstrou como um sistema simples usando apenas uma fonte de luz parcialmente coerente com 9 canais de entrada poderia ser usado para executar tarefas de IA de alta velocidade em cerca de 100 bilhões de operações por segundo. Normalmente, essa velocidade - equivalente a reproduzir mais de 2 horas de vídeo 4K em um segundo - só poderia ser alcançada em um acelerador de IA fotônico coerente com vários lasers coerentes separados.

Por fim, remover a necessidade de adicionar fontes de luz adicionais pode provar ser transformador no aumento do poder computacional, como explica o primeiro autor Dr. Bowei Dong do Departamento de Materiais da Universidade de Oxford: 'O benefício de usar fontes de luz "mais pobres" tem um efeito de escala. Você pode executar seus modelos de IA 100 vezes mais rápido em comparação a um sistema a laser, se o acelerador fotônico for dimensionado para 100 canais de entrada.'

O professor Harish Bhaskaran , do Departamento de Materiais da Universidade de Oxford e cofundador do Salience Labs, que liderou o trabalho, disse: "Embora este trabalho mostre o uso de luz parcialmente coerente em algumas áreas emergentes da computação fotônica, no futuro também investigaremos se essa percepção pode ser aplicada às comunicações ópticas, particularmente no espaço emergente da tecnologia de interconexão óptica. Esta é uma área de pesquisa que está se movendo rapidamente, com muita ciência e engenharia interessantes para explorar."

O estudo 'Coerência parcial aprimora computação fotônica paralelizada' foi publicado na Nature .