Individuato un collegamento inedito tra la fisica quantistica e i modelli teorici dell’intelligenza artificiale

La luce può “pensare” come il cervello. È quanto emerge da uno studio internazionale coordinato per l’Italia da Cnr-Nanotec, Istituto Italiano di Tecnologia e Sapienza Università di Roma, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.

La ricerca ha individuato un collegamento inedito tra fisica quantistica e modelli teorici dell’intelligenza artificiale, dimostrando che fotoni identici all’interno di circuiti ottici possono simulare il funzionamento della memoria associativa, uno dei meccanismi chiave delle reti neurali.

Al centro dello studio c’è la cosiddetta Rete di Hopfield, modello matematico che descrive come il cervello immagazzina e recupera informazioni. Gli scienziati hanno osservato che, sfruttando l’interferenza quantistica nei chip fotonici, le particelle di luce non si limitano a trasportare dati, ma si comportano come veri e propri “neuroni” artificiali, capaci di codificare e richiamare ricordi.

“Quando il numero di informazioni memorizzate è limitato, il sistema riesce a recuperarle correttamente grazie alla coerenza quantistica”, afferma Gennaro Zanfardino, attualmente borsista di ricerca dell’Università del Salento e primo autore dello studio. “All’aumentare dei dati, però, emerge una transizione verso una fase di black-out della memoria, in cui il sistema entra in uno stato di disordine, tecnicamente definito vetro di spin, perdendo la capacità di recupero”.

“Questi risultati aprono nuove prospettive per l’impiego dell’ottica quantistica e della fotonica integrata nello sviluppo di sistemi di intelligenza artificiale”, sottolinea Luca Leuzzi, co-autore della ricerca, dirigente di ricerca Cnr-Nanotec e associato alla Sapienza Università di Roma. “Dispositivi di questo tipo potrebbero garantire elevate prestazioni con un consumo energetico drasticamente inferiore rispetto agli attuali data center”.

Il lavoro evidenzia anche un limite fondamentale della memoria: quando le informazioni aumentano oltre una certa soglia, il sistema entra in una fase di disordine – definita “vetro di spin” – perdendo la capacità di recupero dei dati. Un fenomeno analogo a quello studiato nei sistemi complessi e che richiama le teorie sui vetri di spin sviluppate dal Nobel Giorgio Parisi.

Le implicazioni sono rilevanti: dispositivi basati su ottica quantistica e fotonica integrata potrebbero in futuro offrire elevate prestazioni computazionali con consumi energetici molto inferiori rispetto agli attuali data center. Inoltre, la piattaforma sviluppata apre nuove strade per simulare sistemi fisici complessi difficili da analizzare con i computer tradizionali.

La scoperta segna così un passo avanti verso un’intelligenza artificiale ispirata sempre più ai principi fondamentali della fisica, dove la luce diventa laboratorio e strumento di calcolo insieme.

“Con questo studio, di cui siamo particolarmente orgogliosi, dimostriamo che le leggi del disordine osservate nei sistemi classici emergono anche nei circuiti quantistici fotonici”, conclude Fabrizio Illuminati (FOTO), direttore del Cnr-Nanotec e co-autore della ricerca. “La luce diventa così un vero e proprio laboratorio in miniatura, capace di esplorare i fenomeni complessi che governano sistemi naturali e artificiali, dal clima alle reti biologiche”.

didascalia foto: Sistema fotonico per simulare reti neurali