Costruire reti neuronali a basso consumo energetico grazie alla combinazione di scienza dei materiali e fotonica: è l’obiettivo principale del progetto Neho coordinato dall’IIT-Istituto Italiano di Tecnologia di Lecce. Il progetto è stato finanziato dall’Unione Europea con 3 milioni di euro per i prossimi 3 anni. Obiettivo finale di Neho è migliorare la potenza di calcolo delle nuove tecnologie, come quelle basate su algoritmi di intelligenza artificiale, e allo stesso tempo ridurre la loro impronta energetica. Neho (Neuromorphic computing Enabled by Heavily doped semiconductor Optics) sfrutterà le proprietà dei semiconduttori per creare un neurone artificiale che potrà essere utilizzato per costruire reti neurali ottiche ultraveloci, garantendo così una fonte di calcolo nuova e a minor consumo energetico. Il progetto contribuirà a cambiare la tecnologia usata per l’analisi dell’informazione: non più materiali in cui l’elemento chiave sono solo gli elettroni che vi fluiscono all’interno, ma i fotoni, ovvero le particelle di luce che renderebbero le tecnologie molto più veloci e meno dispendiose in termini di energia. Quando i fotoni interagiscono con la materia, infatti, generano molto meno calore, ma a causa della loro natura l’interazione è debole, per cui è molto difficile controllare il flusso di fotoni su piccola scala. I ricercatori di Neho sfrutteranno le quasi-particelle ibride elettrone-fotone, chiamate plasmoni, che nascono dall’interazione degli elettroni con la luce. I plasmoni saranno prodotti utilizzando semiconduttori a cui sono stati aggiunte piccole percentuali di atomi estranei per modificarne le proprietà elettroniche, 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, cosa generalmente più facile da fare, per indurre un cambiamento sulla parte fotonica. 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. Questa caratteristica sarà utilizzata per sfruttare l’implementazione di una rete neurale nello sviluppo di nuove tecniche di ottimizzazione di machine learning. “Potremmo rivoluzionare il modo in cui elaboriamo le informazioni sviluppando una piattaforma innovativa che sfrutta la tecnologia dei semiconduttori foto-plasmonici ” – spiega Cristian Ciracì, leader dell’unità di Nanoplasmonica Computazionale dell’IIT di Lecce e coordinatore di Neho – 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”. Il consorzio europeo Neho comprende l’Istituto Italiano di Tecnologia (coordinatore), il CNR-Consiglio Nazionale delle Ricerche, la Ludwig-Maximilians-Universitat di Monaco (Germania), la Universiteit Gent (Belgio), il CNRS e l’Université Paris-Saclay (Francia).
