A luz fica inteligente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/12/2025

A luz recebe um favor da inteligência artificial e devolve uma inteligência real, criando uma interseção com amplas aplicações.
[Imagem: Zilong Zhang et al. - 10.1186/s43593-025-00102-z]

A luz que se beneficia da inteligência

Descobertas de ciência fundamental e desenvolvimentos tecnológicos recentes mostraram que é possível, e muito útil, olhar a luz com outros olhos.

E esses estudos mais aprofundados da luz mostraram que é possível dar-lhe "estrutura" através do controle de seus múltiplos graus de liberdade. Por exemplo, a combinação de polarização e padrões espaciais resulta em luz vetorial, permitindo aplicações tão diferentes quanto focos mais precisos para os microscópios e técnicas de usinagem mais limpas no processamento de materiais na indústria.

Por dar estrutura à luz, ou dar-lhe padrões espaciais, entenda-se literalmente esculpir a luz, seja torcendo um feixe de luz ou formando nós de luz, criando cristais de luz e até mesmo formas 3D "vivas" de luz.

Com um pouco mais de capricho na imposição desses padrões, a luz pode se tornar topológica, o que significa dar-lhe uma robustez natural que torna os feixes de laser, por exemplo, virtualmente imunes a qualquer ruído no ambiente.

Nas comunicações ópticas, essas diversas formas de luz estruturada possuem um enorme potencial para criar um novo alfabeto de codificação, mais rico do que meros 0s e 1s, superando em muito as possibilidades das técnicas atuais.

É claro que há desafios para explorar esse enorme potencial, já que há uma complexidade inerente que se apresenta logo na etapa de projeto dos dispositivos fotônicos, cujas nanoantenas, ou meta-átomos, precisam ser projetados para cada forma de luz. Felizmente, as abordagens baseadas em inteligência artificial já estão disponíveis, e têm-se mostrado valiosas, permitindo que a luz estruturada seja utilizada em uma infinidade de aplicações, das clássicas às quânticas, da microscopia à computação.

Em meios complexos, a luz estruturada sofre dispersão modal, com cada modo se misturando com todos os outros. Isso acontece repetidamente à medida que a luz passa pelo meio. Essa complexidade pode ser domada usando IA, para separar computacionalmente o modo desejado da mistura. O resultado é uma rede neural fotônica, uma inteligência artificial funcionando na velocidade da luz.
[Imagem: Zilong Zhang et al. - 10.1186/s43593-025-00102-z]

Caminhos para a luz estruturada

Uma equipe de pesquisadores da África do Sul, Cingapura e China traçou agora um roteiro que revela como a inteligência artificial oferece abordagens e ferramentas que vão além do domínio puramente óptico, não apenas para o projeto, a caracterização e a otimização da luz estruturada, mas também para funções cada vez mais importantes, incluindo a adição de novas funcionalidades e até a quebra de paradigmas antigos.

Por exemplo, a IA consegue remover a camada de complexidade na comunicação óptica, fazendo com que canais cheios de ruídos e interferências passem a se comportar como se estivessem em ambientes livres de ruído. Outro exemplo consiste na melhoria da resolução de câmeras e microscópios, graças à possibilidade de levar em conta tanto a luz quanto a amostra, esta última tão complexa e variável quanto a própria realidade. Este último caso foi recentemente demonstrado com a possibilidade de fotografar amostras curvas instantaneamente em um microscópio.

No domínio quântico, a IA permite acelerar o tempo de processamento de novos estados da luz, incluindo possibilidades ainda desconhecidas, como no projeto de experimentos para novas formas de estados quânticos da luz, hoje já acessíveis pelos cálculos teóricos e experimentos mentais.

A luz estruturada também pode ser uma máquina inteligente: Ao passar por meios complexos, tipicamente metamateriais, ela funciona como uma rede neural óptica, oferecendo novas formas de IA.
[Imagem: Zilong Zhang et al. - 10.1186/s43593-025-00102-z]

A luz que dá inteligência

E não dá para esquecer da computação fotônica, ou computação óptica, o processamento de dados que troca a eletricidade por luz.

Na verdade, aqui está o reverso da medalha, quando a fotônica passa a contribuir com a inteligência artificial, como no caso de a luz funcionar como uma rede neural com respostas instantâneas. Para isso, múltiplos padrões de luz estruturada são escolhidos cuidadosamente para se misturarem de forma complexa, com um padrão mapeando para muitos outros, uma situação que se assemelha a uma rede neural. Em uma demonstração recente, um processador de luz aumentou a eficiência energética da IA em 100 vezes.

Em termos mais genéricos, isso representa a possibilidade, agora já real, de usar a luz estruturada para computação: "Máquinas ópticas" para inteligência artificial e aprendizado que operam na velocidade da luz, como se a luz estivesse devolvendo o favor para a inteligência artificial.

• IA feita com luz: Vêm aí os modelos generativos ópticos

Mais tópicos