Estudo traz neurônio artificial 10 mil vezes mais rápido que orgânico

Um relatório publicado na Advanced Photonics indica que uma equipe de pesquisadores da França, dos Estados Unidos e da Alemanha chegou a um neurônio artificial 10 mil vezes mais rápido que um exemplar biológico, capaz de gerenciar com eficiência oscilações de comunicação por meio de lasers quânticos em cascata.

De acordo com os responsáveis pelo estudo, em tecnologias de fibra óptica, por exemplo, onde muitas flutuações espaço-temporais podem ocorrer em sistemas transoceânicos, uma onda magnética repentina é um evento extremo que deve ser suprimido, pois é capaz de alterar componentes associados à camada física ou interromper a transmissão de mensagens privadas.

Em suma, é como se uma tromba d'água, originada em um ponto alto de um rio, afetasse banhistas muitos quilômetros abaixo. Maneiras de contê-la, então, seriam procuradas por aqueles que desejassem evitar as mudanças decorrentes de seu surgimento. Este é o papel de cientistas no aprimoramento de experiências em tecnologias artificiais de transmissão de dados.

No combate a anomalias eventuais, neste caso, excitações de pulso (aumento de pequena amplitude de curto prazo da corrente de polarização) atuam como resposta a perturbações, ressalta Frédéric Grillot, professor da Universidade do Novo México, eliminando, assim, um "efeito borboleta" indesejado.

Então, a equipe aplicou essas excitações, complementa Olivier Spitz, da Télécom Paris, e obteve os efeitos desejados.

Neurônio artificial feito com um laser de cascateamento quântico. desenvolvido pela equipe.Fonte:  Reprodução 

Controlando o incontrolável

Lasers quânticos em cascata têm sido utilizados em muitas aplicações industriais, como em espectroscopia (estudo da interação entre a radiação eletromagnética e a matéria), em contramedidas ópticas e em comunicações em espaço livre – que têm muito a ganhar com o potencial apresentado pela novidade em relação a sistemas tradicionais, de diodo, exigentes de técnicas mais complexas para se atingir propriedades neuromórficas.

Logo, se, para replicar as várias respostas neuronais biológicas, também é necessária a interrupção de sucessões regulares de rajadas correspondentes à atividade neuronal, um ajuste fino da modulação e frequência permitiria o controle dos intervalos de tempo entre os picos – justamente o conquistado pela equipe com o auxílio de lasers quânticos em cascata.

Aqui, pulsos gigantes que caracterizam os chamados eventos extremos podem contribuir com as explosões repentinas e agudas necessárias para a comunicação em sistemas neuromórficos inspirados pelas poderosas habilidades computacionais do cérebro.

"A vantagem deles sobre os lasers de diodo vem das transições eletrônicas de subpicosegundos entre os estados da banda de condução (sub-bandas) e um tempo de vida da portadora muito mais curto do que o do fóton", detalha Grillot. Ou seja, são rápidos para detectarem problemas e igualmente ágeis para corrigi-los, sem interferirem no funcionamento normal dos sistemas.

Explosões repentinas e agudas podem prevenir eventos extremos.Fonte:  Reprodução 

Ampliando horizontes

Ainda segundo Grillot, lasers quânticos em cascata exibem comportamentos de emissão de luz completamente diferentes sob feedback óptico, não se limitando a ocorrências de pulso gigante, respostas de laser à modulação e dinâmica do pente de frequência. Limiar de disparo, pico fásico e pico tônico, comportamentos semelhantes aos observados em neurônios biológicos, estão, também, presentes no sistema desenvolvido pela equipe, complementa.

"O sistema neuromórfico requer um estímulo forte e potente o suficiente para superar barreiras e liberar uma resposta de disparo, enquanto os disparos fásico e tônico correspondem a disparos únicos ou contínuos após a chegada de um estímulo", conta o Frédéric.

Além de atingirem um grande número de comprimentos de onda (de 3 a 300 mícrons) desde a primeira demonstração, em 1994, lasers do tipo, originalmente desenvolvidos para uso em temperaturas criogênicas, se valeram de avanços consideráveis que permitiram sua utilização, inclusive, em temperatura ambiente.

Quem sabe o que farão por nós daqui para a frente?