Wetenschappers van de Universiteit van de Witwatersrand (Wits) hebben een systeem ontwikkeld dat een ‘brein op licht’ wordt genoemd. Het herkent verborgen informatie in complexe lichtpatronen en kan toekomstige communicatiesystemen versnellen.
Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications. De studie werd geleid door masterstudent Hadrian Bezuidenhout, met deelname van Kade Peters en Ram Nandan Kumar. Het project stond onder leiding van dr. Isaac Nape en professor Andrew Forbes van het Structured Light Laboratory van Wits.
Het systeem maakt gebruik van principes uit de kunstmatige intelligentie en de natuurkunde. Licht draagt gegevens in bijzondere vormen die op letters van het alfabet lijken. Het probleem is om die patronen snel te lezen, vooral wanneer ze tijdens de overdracht vervormd raken.
In plaats van een gedetailleerde opname en verwerking van duizenden punten, wordt het licht door speciale lagen geleid die het naar detectoren sturen. De plek waar het licht terechtkomt, onthult de gezochte informatie. De wetenschappers vergelijken dit met het tellen van de windingen in een gedraaid lint, zelfs als het op verschillende manieren is gebogen: de topologie is belangrijk, niet elke plooi.
Na training op slechts 15 voorbeelden herkende het systeem correct 81 verschillende lichtstructuren, waaronder structuren die het nog niet eerder was tegengekomen. Het bleef werken zelfs wanneer er ruis aan de detectoren werd toegevoegd.
‘Lichtpatronen voor communicatie maken is alleen nuttig als we ze net zo snel kunnen lezen als we ze maken’, merkt Nape op. Hoe slaagt het lichtsysteem erin om vervorming en ruis het hoofd te bieden zonder ingewikkelde berekeningen?
Professor Benjamin Rosman, directeur van het MIND Institute, benadrukt de waarde van een interdisciplinaire aanpak: de combinatie van ideeën uit de AI en de fundamentele natuurkunde opent nieuwe manieren om informatie te verwerken. Professor Forbes voegt daaraan toe dat het werk helpt bij het oplossen van een centrale opgave van toekomstige kwantum- en klassieke netwerken: het praktisch uitlezen van topologische structuren van licht.
Nape ziet ook mogelijkheden buiten de communicatie: in kwantumtechnologieën, waar het extraheren van gegevens uit afzonderlijke fotonen bijzonder moeilijk is. Het onderzoek laat zien hoe optische intelligentie op deze gebieden kan helpen.
