Il chip che “pensa” con la luce, la rivoluzione della memoria quantistica

Il confine tra fisica delle particelle e intelligenza artificiale è stato abbattuto da una ricerca internazionale a guida italiana, pubblicata su Physical Review Letters. Lo studio, che ha visto la collaborazione tra Cnr-Nanotec, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e Sapienza Università di Roma, rivela che i fotoni che si propagano nei circuiti ottici non sono solo portatori di dati, ma si comportano spontaneamente come una Rete di Hopfield, uno dei modelli più sofisticati per descrivere la memoria associativa del cervello umano. Invece di affidarsi ai classici chip elettronici, i ricercatori hanno sfruttato l’interferenza quantistica per codificare informazioni direttamente nelle particelle di luce. “Invece di utilizzare chip elettronici tradizionali, abbiamo sfruttato l’interferenza quantistica, il fenomeno che si manifesta nei chip fotonici quando le particelle di luce si sovrappongono e interagiscono tra loro per codificare e recuperare informazioni“, spiega Marco Leonetti, coordinatore e corresponding author dello studio, primo ricercatore del Cnr-Nanotec e affiliato al Center for Life Nano- and Neuro-Science dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT). “In questo sistema, i fotoni non sono semplici portatori di dati, ma diventano essi stessi i ‘neuroni’ di una memoria associativa“.

Questa scoperta apre la strada a una nuova generazione di hardware capace di garantire prestazioni elevatissime con un impatto energetico drasticamente inferiore a quello degli attuali data center. Tuttavia, la ricerca ha individuato un limite naturale: proprio come nei sistemi biologici, esiste una soglia di saturazione.

“Quando il numero di informazioni memorizzate è limitato, il sistema riesce a recuperarle correttamente grazie alla coerenza quantistica“, chiarisce il ricercatore Gennaro Zanfardino, aggiungendo però che al superamento di tale soglia si verifica un “black-out della memoria” in cui il sistema entra in uno stato di disordine noto come “vetro di spin”.

Questo legame con i sistemi complessi aggancia la scoperta agli studi di Giorgio Parisi, Premio Nobel 2021. Come sottolineato da Fabrizio Illuminati, direttore del Cnr-Nanotec, “la luce diventa così un vero e proprio laboratorio in miniatura” capace di esplorare i fenomeni più complessi della natura, gettando le basi per un’intelligenza artificiale che imita il pensiero umano non solo nel software, ma nella sua stessa sostanza fisica.