La scoperta: il chip fotonico che "ricorda"

La ricerca dimostra che, quando dei fotoni identici viaggiano attraverso circuiti ottici, si organizzano spontaneamente seguendo le regole della Rete di Hopfield, uno dei modelli matematici più celebri per descrivere come il cervello umano recupera i ricordi.

"In questo sistema, i fotoni non si limitano a trasportare dati: diventano i 'neuroni' stessi di una memoria artificiale," spiega Marco Leonetti (Cnr-Nanotec e IIT), coordinatore dello studio. "Sfruttando l'interferenza quantistica, facciamo sì che le particelle di luce interagiscano tra loro per archiviare e richiamare informazioni, superando i limiti dei chip elettronici classici."

Il limite della memoria: l'effetto "Black-out"
Proprio come accade nei sistemi biologici, anche questa memoria fotonica ha una soglia critica.

Fase di Coerenza: Finché i dati sono pochi, la coerenza quantistica permette un recupero perfetto.

Fase di Disordine (Vetro di Spin): Se le informazioni superano una certa soglia, il sistema entra in uno stato di caos tecnico, simile a un black-out mnemonico.

Questo fenomeno, come sottolineato dal primo autore Gennaro Zanfardino, conferma l'analogia tra i processi fisici della luce e quelli complessi della biologia.

Verso un’IA a basso consumo e alta efficienza
Le ricadute di questa scoperta sono concrete e ambiziose. Luca Leuzzi (Cnr-Nanotec/Sapienza) evidenzia come i dispositivi basati sulla fotonica integrata potrebbero sostituire i massicci data center odierni, offrendo prestazioni superiori con un consumo energetico drasticamente ridotto.

Inoltre, il lavoro si collega direttamente agli studi sui sistemi complessi che hanno valso il Premio Nobel a Giorgio Parisi nel 2021. Come conclude Fabrizio Illuminati, direttore del Cnr-Nanotec: "Abbiamo dimostrato che le leggi del disordine valgono anche nel mondo quantistico. La luce è diventata il nostro laboratorio per decifrare la complessità della natura, dal clima alle reti neurali."