Các nhà khoa học tại Đại học Witwatersrand (Wits) đã phát triển một hệ thống được gọi là "bộ não ánh sáng". Hệ thống này nhận diện thông tin ẩn trong các mẫu ánh sáng phức tạp và có thể tăng tốc các hệ thống liên lạc trong tương lai.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications. Công trình do học viên cao học Hadrian Bezuidenhout chủ trì với sự tham gia của Cade Peters và Rama Nandan Kumar. Dự án do Tiến sĩ Isaac Nape và Giáo sư Andrew Forbes từ Phòng thí nghiệm Ánh sáng Cấu trúc của Wits lãnh đạo.
Hệ thống sử dụng các nguyên lý của trí tuệ nhân tạo và vật lý. Ánh sáng mang dữ liệu trong những dạng đặc biệt, giống như các chữ cái trong bảng chữ cái. Vấn đề là đọc nhanh các mẫu này, đặc biệt khi chúng bị biến dạng trong quá trình truyền.
Thay vì chụp ảnh chi tiết và xử lý hàng nghìn điểm, người ta cho ánh sáng đi qua các lớp đặc biệt dẫn nó đến các máy dò. Vị trí ánh sáng rơi vào sẽ tiết lộ thông tin cần thiết. Các nhà khoa học so sánh điều này với việc đếm số vòng trong một dải băng xoắn, ngay cả khi nó bị uốn cong theo nhiều cách khác nhau: điều quan trọng là cấu trúc tôpô, chứ không phải từng nếp gấp.
Sau khi chỉ huấn luyện trên 15 ví dụ, hệ thống đã nhận diện đúng 81 cấu trúc ánh sáng khác nhau, bao gồm cả những cấu trúc chưa từng gặp trước đây. Nó vẫn tiếp tục hoạt động ngay cả khi thêm nhiễu vào các máy dò.
"Tạo ra các mẫu ánh sáng cho truyền thông chỉ hữu ích khi chúng ta có thể đọc chúng nhanh như khi tạo ra chúng", Nape nhận định. Vậy chính xác thì hệ thống ánh sáng xử lý các biến dạng và nhiễu mà không cần tính toán phức tạp như thế nào?
Giáo sư Benjamin Rosman, giám đốc Viện MIND, nhấn mạnh giá trị của cách tiếp cận liên ngành: sự kết hợp giữa các ý tưởng AI và vật lý cơ bản mở ra những cách xử lý thông tin mới. Giáo sư Forbes nói thêm rằng công trình này giúp giải quyết nhiệm vụ then chốt của các mạng lượng tử và cổ điển trong tương lai — việc đọc thực tiễn các cấu trúc tôpô của ánh sáng.
Nape cũng nhìn thấy triển vọng vượt ra ngoài lĩnh vực liên lạc: trong các công nghệ lượng tử, nơi việc trích xuất dữ liệu từ các photon riêng lẻ đặc biệt khó khăn. Nghiên cứu cho thấy trí tuệ quang học có thể hỗ trợ như thế nào trong những lĩnh vực này.
