Wissenschaftler der Universität Witwatersrand (Wits) haben ein System entwickelt, das als „Gehirn auf Licht“ bezeichnet wird. Es erkennt verborgene Informationen in komplexen Lichtmustern und könnte zukünftige Kommunikationssysteme beschleunigen.
Die Studie wurde in Nature Communications veröffentlicht. Geleitet wurde die Arbeit von dem Masterstudenten Hadrian Bezuidenhout unter Beteiligung von Kade Peters und Rama Nandan Kumar. Die Projektleitung lag bei Dr. Isaac Nape und Professor Andrew Forbes vom Laboratory for Structured Light der Wits.
Das System nutzt Prinzipien der künstlichen Intelligenz und der Physik. Licht trägt Daten in besonderen Formen, die Buchstaben eines Alphabets ähneln. Das Problem besteht darin, diese Muster schnell zu lesen, besonders wenn sie bei der Übertragung verzerrt werden.
Anstatt Tausende Punkte detailliert aufzunehmen und zu verarbeiten, wird das Licht durch spezielle Schichten geleitet, die es zu den Detektoren lenken. Der Ort, an dem das Licht auftrifft, verrät die benötigte Information. Die Wissenschaftler vergleichen dies mit dem Zählen der Windungen in einem verdrillten Band, selbst wenn es unterschiedlich gebogen ist: Entscheidend ist die Topologie, nicht jede einzelne Falte.
Nach dem Training mit nur 15 Beispielen erkannte das System 81 verschiedene Lichtstrukturen korrekt, darunter auch solche, die ihm zuvor nicht begegnet waren. Es funktionierte weiterhin, selbst als den Detektoren Rauschen hinzugefügt wurde.
„Lichtmuster für die Kommunikation zu erzeugen ist nur dann nützlich, wenn wir sie ebenso schnell lesen können, wie wir sie erzeugen“, betont Nape. Wie genau bewältigt das Lichtsystem Verzerrungen und Rauschen ohne komplexe Berechnungen?
Professor Benjamin Rosman, Direktor des MIND Institute, unterstreicht den Wert des interdisziplinären Ansatzes: Die Kombination von Ideen der KI und der Grundlagenphysik eröffnet neue Wege der Informationsverarbeitung. Professor Forbes fügt hinzu, dass die Arbeit hilft, eine zentrale Aufgabe zukünftiger Quanten- und klassischer Netzwerke zu lösen – das praktische Auslesen topologischer Strukturen des Lichts.
Nape sieht Perspektiven auch über die Kommunikation hinaus: in Quantentechnologien, wo die Gewinnung von Daten aus einzelnen Photonen besonders schwierig ist. Die Studie zeigt, wie optische Intelligenz in diesen Bereichen helfen kann.
