La luce solare che brilla sull'acqua evoca i ricchi fenomeni dell'interazione liquido-luce, che abbraccia scale spaziali e temporali. Mentre la dinamica dei liquidi ha affascinato i ricercatori per decenni, l'ascesa del calcolo neuromorfico ha innescato sforzi significativi per sviluppare nuovi schemi computazionali non convenzionali basati su reti neurali ricorrenti, cruciali per supportare un'ampia gamma di applicazioni tecnologiche moderne, come il riconoscimento di schemi e la guida autonoma . Poiché anche i neuroni biologici si basano su un ambiente liquido, è possibile ottenere una convergenza portando la dinamica dei fluidi non lineari su scala nanometrica al calcolo neuromorfico.

I ricercatori dell'Università della California di San Diego hanno recentemente proposto un nuovo paradigma in cui i liquidi, che di solito non interagiscono fortemente con la luce su micro o nanoscala, supportano una risposta non lineare significativa ai campi ottici. Come riportato in Fotonica avanzata , i ricercatori prevedono un sostanziale effetto di interazione luce-liquido attraverso un cerotto d'oro proposto su scala nanometrica che funziona come un riscaldatore ottico e genera variazioni di spessore in una pellicola liquida che ricopre la guida d'onda.

Il film liquido funziona come una memoria ottica. Ecco come funziona:la luce nella guida d'onda influisce sulla geometria della superficie del liquido, mentre i cambiamenti nella forma della superficie del liquido influiscono sulle proprietà della modalità ottica nella guida d'onda, costituendo così un accoppiamento reciproco tra la modalità ottica e il film liquido . È importante sottolineare che, al variare della geometria del liquido, le proprietà della modalità ottica subiscono una risposta non lineare; dopo l'arresto dell'impulso ottico, l'entità della deformazione del film liquido indica la potenza dell'impulso ottico precedente.

Sorprendentemente, a differenza degli approcci computazionali tradizionali, la risposta non lineare e la memoria risiedono nella stessa regione spaziale, suggerendo così la realizzazione di un'architettura compatta (oltre von-Neumann) in cui memoria e unità computazionale occupano lo stesso spazio. I ricercatori dimostrano che la combinazione di memoria e non linearità consente la possibilità di un "reservoir computing" in grado di eseguire attività digitali e analogiche, come porte logiche non lineari e riconoscimento di immagini scritte a mano.

Il loro modello sfrutta anche un'altra caratteristica liquida significativa:la non località. Ciò consente loro di prevedere il miglioramento del calcolo che semplicemente non è possibile in piattaforme di materiali a stato solido con scala spaziale non locale limitata. Nonostante la non località, il modello non raggiunge del tutto i livelli dei moderni sistemi di calcolo dei serbatoi basati su ottica a stato solido, tuttavia il lavoro presenta comunque una chiara tabella di marcia per futuri lavori sperimentali volti a convalidare gli effetti previsti ed esplorare intricati meccanismi di accoppiamento di vari processi fisici in un ambiente liquido per il calcolo.

Utilizzando simulazioni multifisiche per studiare l'accoppiamento tra luce, fluidodinamica, trasporto di calore e effetti di tensione superficiale, i ricercatori prevedono una famiglia di nuovi effetti ottici non lineari e non locali. Fanno un ulteriore passo avanti indicando come questi possono essere utilizzati per realizzare piattaforme computazionali versatili e non convenzionali. Sfruttando una piattaforma fotonica al silicio matura, suggeriscono miglioramenti alle piattaforme di calcolo assistite da liquido all'avanguardia di circa cinque ordini di grandezza nello spazio e almeno due ordini di grandezza in velocità. + Esplora ulteriormente

Non linearità ottiche intrinseche e dinamica portante di InSe