Sono passati ottant’anni dalla nascita dell’ENIAC. È stato il primo computer per uso generale. Costruito dai ricercatori Penn J. Presper Weckert e John Mauchly. Funzionava con gli elettroni. Questo è ancora il fondamento del tuo laptop in questo momento.
Ma gli elettroni stanno colpendo un muro.
Mentre i modelli dell’intelligenza artificiale si gonfiano, l’hardware geme. Gli elettroni trasportano carica. Quella carica crea attrito, resistenza e calore. Sprechiamo energia combattendo la termodinamica solo per evitare che i trucioli si sciolgano. Le limitazioni sono fisiche, dure e immediate.
Bo Zhen, un fisico della Penn, non aspetta fan migliori. Sta guardando la luce.
Fotoni. Si muovono velocemente. Massa zero. Nessun addebito. Si spostano attraverso le fibre senza perdere molta energia. Tranne che sono pessimi nel parlare tra loro. I fotoni sono fantasmi. Passano direttamente attraverso le porte logiche di cui i computer hanno bisogno per il passaggio e il processo decisionale. Li He, coautore di un nuovo studio, lo dice senza mezzi termini.
“Poiché sono a carica neutra e hanno massa a riposo pari a zero… questa neutralità significa che interagiscono a malapena, il che li rende pessimi nella logica di commutazione del segnale.”
Quindi hai i messaggeri più veloci, ma sono inutili per la matematica. O almeno così sembrava.
Far sì che la luce si comporti come la materia
Il team di Zhen ha trovato una soluzione alternativa. Non hanno costretto i fotoni a essere sociali. Li hanno innestati su qualcos’altro.
Hanno creato eccitoni-polaritoni in un semiconduttore atomicamente sottile. Metà luce, metà elettrone. Una quasiparticella. Il risultato? Mantieni la velocità della luce. Ma ora ha un peso. Interagisce. Può commutare i segnali. Può calcolare.
La maggior parte dei chip fotonici oggi sono imbroglianti. Usano la luce a lungo termine, le parti di trasferimento dei dati. Ma nel momento in cui raggiungono un passaggio non lineare, come una funzione di attivazione nelle reti neurali, riconvertono il segnale in elettricità. Convertire. Calcolare. Converti di nuovo.
Questo avanti e indietro è lento. Mangia potere. Nega i benefici.
La demo di Zhen ha saltato l’intermediario. Commutazione su tutte le luci. Il costo energetico? Quattro quadrilionesi di joule. Questo non è praticamente nulla. Meno energia rispetto al lampeggiamento di un piccolo LED.
Niente più conversioni
Se questa situazione si espandesse, le implicazioni sarebbero confuse ma promettenti. I futuri chip AI potrebbero assorbire i dati direttamente dai sensori della fotocamera. Nessuna traduzione elettrica richiesta. Accendi, spegni, il risultato è pronto.
Riduce la bolletta energetica per i massicci sistemi di intelligenza artificiale. Forse. Se riusciamo a costruire le cose su larga scala. Si vocifera anche del supporto delle funzioni di calcolo quantistico. I primi giorni, ovviamente.
Chi riceverà per primo i chip? I laboratori. Sempre i laboratori.
L’articolo, intitolato “Strongly Nonlinear Nanocavity…”, è apparso su Physical Review Letters lo scorso aprile. Zhen detiene la cattedra Jin K. Lee. Lavorava con He, ora assistente alla Montana State. Anche Zhi Wang e Bumho Kim hanno aiutato.
Il denaro proveniva dal Navy Office e dalla Sloan Foundation. L’opera esiste adesso. Anche gli ostacoli ingegneristici lo fanno.
Presto potremmo funzionare con la luce. Oppure potremmo semplicemente esaurirci più velocemente cercando di forzare gli elettroni a tenere il passo. In ogni caso, la corrente sta cambiando.
