Hoje, as operações com tensores são essenciais para sistemas de IA envolvidos em processamento de imagens, compreensão de linguagem e inúmeras outras tarefas. À medida que a quantidade de dados continua a crescer, o hardware digital convencional, como GPUs, enfrenta uma pressão crescente em termos de velocidade, consumo de energia e escalabilidade.

Pesquisadores Demonstram Computação de Tensor em Um Único Passo com Luz

Para abordar esses desafios, uma equipe internacional liderada pelo Dr. Yufeng Zhang do Grupo de Fotônica do Departamento de Eletrônica e Nanoengenharia da Universidade Aalto desenvolveu uma abordagem fundamentalmente nova. Seu método permite que cálculos complexos de tensores sejam concluídos em um único movimento da luz através de um sistema óptico. O processo, descrito como computação de tensor em um único disparo, funciona à velocidade da luz.

“Nosso método realiza os mesmos tipos de operações que as GPUs de hoje lidam, como convoluções e camadas de atenção, mas faz tudo isso à velocidade da luz,” diz Dr. Zhang. “Em vez de depender de circuitos eletrônicos, usamos as propriedades físicas da luz para realizar muitos cálculos simultaneamente.”

Codificando Informações na Luz para Cálculos em Alta Velocidade

A equipe conseguiu isso incorporando informações digitais na amplitude e fase das ondas de luz, transformando dados numéricos em variações físicas dentro do campo óptico. À medida que essas ondas de luz interagem, elas realizam automaticamente procedimentos matemáticos como multiplicação de matrizes e tensores, que formam a base do aprendizado profundo. Ao trabalhar com múltiplos comprimentos de onda de luz, os pesquisadores expandiram sua técnica para suportar operações tensorais de ordem superior ainda mais complexas.

“Imagine que você é um agente de alfândega que deve inspecionar cada pacote através de várias máquinas com diferentes funções e, em seguida, classificá-los nas caixas corretas,” diz Zhang. “Normalmente, você processaria cada pacote um por um. Nosso método de computação óptica mescla todos os pacotes e todas as máquinas juntas – criamos múltiplos ‘ganchos ópticos’ que conectam cada entrada à sua saída correta. Com apenas uma operação, uma passagem de luz, todas as inspeções e classificações acontecem instantaneamente e em paralelo.”

Processamento Óptico Passivo com Ampla Compatibilidade

Um dos benefícios mais impressionantes desse método é o quanto ele requer pouca intervenção. As operações necessárias ocorrem automaticamente enquanto a luz viaja, portanto, o sistema não precisa de controle ativo ou comutação eletrônica durante os cálculos.

“Essa abordagem pode ser implementada em quase qualquer plataforma óptica,” diz o Professor Zhipei Sun, líder do Grupo de Fotônica da Universidade Aalto. “No futuro, planejamos integrar essa estrutura computacional diretamente em chips fotônicos, permitindo que processadores baseados em luz realizem tarefas complexas de IA com consumo de energia extremamente baixo.”

Caminho para o Futuro do Hardware de IA Baseado em Luz

Zhang observa que o objetivo final é adaptar a técnica ao hardware e plataformas existentes usadas por grandes empresas de tecnologia. Ele estima que o método poderia ser incorporado a esses sistemas em um prazo de 3 a 5 anos.

“Isso criará uma nova geração de sistemas de computação óptica, acelerando significativamente tarefas complexas de IA em uma infinidade de campos,” conclui.

O estudo foi publicado na Nature Photonics em 14 de novembro de 2025.