La commissione Ue finanzia il progetto NEHO per creare un neurone artificiale

Una combinazione perfetta di scienza dei materiali e fotonica per reti neurali a basso consumo energetico: così si può introdurre NEHO, progetto finanziato dall'UE e coordinato dall'IIT-Istituto Italiano di Tecnologia di Lecce, che mira a realizzare questo obiettivo. Il progetto ha ottenuto un finanziamento di 3 milioni di euro per i prossimi 3 anni.

NEHO (Neuromorphic computing Enabled by Heavily doped semiconductor Optics) sfrutterà le proprietà dei semiconduttori per creare un neurone artificiale che permetterà la costruzione di reti neurali ottiche ad altissima velocità, fornendo così una nuova fonte di calcolo con un consumo energetico ridotto.

Questo progetto contribuirà a rivoluzionare la tecnologia utilizzata per l'analisi dell'informazione, passando da materiali in cui gli elettroni sono l'elemento chiave a materiali in cui i fotoni, cioè le particelle di luce, renderanno le tecnologie molto più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico.

Quando i fotoni interagiscono con la materia, generano meno calore rispetto agli elettroni, ma a causa della loro natura, l'interazione è debole e controllare il flusso di fotoni su piccola scala risulta molto difficile. I ricercatori di NEHO sfrutteranno le quasi-particelle ibride elettrone-fotone, chiamate plasmoni, che si formano dall'interazione tra gli elettroni e la luce. I plasmoni saranno generati utilizzando semiconduttori con piccole percentuali di atomi estranei per modificarne le proprietà elettroniche, e saranno irradiati con luce di lunghezza d'onda nel medio infrarosso. Poiché un plasmone contiene sia un elettrone che un fotone, i ricercatori potranno agire sulla componente elettronica, più facilmente controllabile, per indurre un cambiamento nella componente fotonica. Questo tipo di interazione consentirebbe in teoria di controllare i fotoni su 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, come il vento che genera onde sulla superficie del mare senza spostare l'acqua in profondità.

Questa caratteristica sarà sfruttata per implementare una rete neurale nello sviluppo di nuove tecniche di ottimizzazione dell'apprendimento automatico.

"Ci proponiamo di rivoluzionare il modo in cui elaboriamo le informazioni, sviluppando una piattaforma innovativa basata sulla tecnologia dei semiconduttori foto-plasmonici", spiega Cristian Ciracì, responsabile dell'unità di Nanoplasmonica Computazionale presso l'IIT di Lecce e coordinatore di NEHO. "Con questo progetto, potremmo entrare in una nuova era di elaborazione delle informazioni, più rapida, efficiente dal punto di vista energetico e più flessibile che mai".

L'obiettivo finale di NEHO è migliorare la potenza di calcolo delle nuove tecnologie, come quelle basate su algoritmi di intelligenza artificiale, riducendo contemporaneamente l'impatto energetico.

Il consorzio europeo NEHO comprende l’Istituto Italiano di Tecnologia (coordinatore), il CNR-Consiglio Nazionale delle Ricerche, la Ludwig-Maximilians-Universität di Monaco (Germania), la Universiteit Gent (Belgio), il CNRS e l’Université Paris-Saclay (Francia).