Verso il neurone artificiale, per le tecnologie del futuro

Costruire un neurone artificiale che diventi la base per realizzare in futuro reti neurali superveloci perché basate sulla luce: è questo l'obiettivo del progetto Neho, finanziato dalla Commissione Europea con tre milioni di dollari per i prossimi tre anni e coordinato dall'Italia, con l'Istituto Italiano di Tecnologia di Lecce. Le nuove reti neurali potranno essere utilizzate per ottenere una nuova fonte di calcolo a minor consumo energetico. Questo permetterà di rendere più efficienti le nuove tecnologie basate su algoritmi di intelligenza artificiale. "Con questo progetto, potremmo entrare in una nuova era di elaborazione delle informazioni: più veloce, più efficiente dal punto di vista energetico e più flessibile che mai", osserva il coordinatore del progetto Cristian Ciracì, leader dell'unità di Nanoplasmonica Computazionale dell'Iit di Lecce.

Al progetto Neho (Neuromorphic computing Enabled by Heavily doped semiconductor Optics) partecipa per l'Italia anche il Consiglio Nazionale delle Ricerche, per la Germania l'Università Ludwig-Maximilians di Monaco, per il Belgio l'Università di Gent e per la Francia il Cnrs e l'Università Paris-Saclay.

Si apre così la strada a una nuova generazione di tecnologie dell'informazione basate sulle particelle di luce (fotoni), molto più veloci e meno dispendiose in termini di energia. Finora, però, è stato difficile riuscire a controllare i fotoni perchè queste particelle interagiscono molto debolmente con la materia. L'idea del progetto è perciò utilizzare delle quasi-particelle ibride che nascono dall'interazione degli elettroni con la luce: si chiamano plasmoni e sono composte da un elettrone e un fotone.

Per produrre i plasmoni i ricercatori dell'Iit intendono utilizzare semiconduttori ai quali aggiungere piccole percentuali di atomi estranei per modificarne le proprietà elettronich, e che vengono irradiati con luce con lunghezza d'onda nel medio infrarosso. Poiché un plasmone all'interno del materiale porta con sé sia un elettrone sia un fotone, i ricercatori potranno agire sulla parte elettronica per indurre un cambiamento sulla particella di luce. Questo tipo di interazione permetterebbe, in linea di principio, di controllare i fotoni ad una scala molto piccola.

I ricercatori puntano a sfruttare gli effetti che si verificano sulla superficie dei semiconduttori, anziché all'interno del loro volume complessivo, in quanto tali effetti possono essere facilmente modulati controllando la densità superficiale degli elettroni, così come il vento genera onde sulla superficie del mare senza bisogno di muovere l'acqua in profondità. In questo modo, "potremmo rivoluzionare il modo in cui elaboriamo le informazioni - dice Ciriaci - sviluppando una piattaforma innovativa che sfrutta la tecnologia dei semiconduttori foto-plasmonici".