A medida que un número creciente de dispositivos conectados exige un ancho de banda cada vez mayor para tareas como el trabajo remoto y el procesamiento de datos en la nube, la gestión del limitado espectro inalámbrico se vuelve extremadamente desafiante. En tal entorno, las tecnologías modernas buscan formas innovadoras de gestionar dinámicamente el espectro disponible, al tiempo que reducen la latencia y aumentan el rendimiento de las redes.

Inteligencia artificial y desafíos en la comunicación inalámbrica

La aplicación de la inteligencia artificial en la clasificación y el procesamiento de señales inalámbricas ya está muy extendida, pero la mayoría de los sistemas de IA existentes requieren un consumo de energía considerable y no pueden operar en tiempo real, lo que es una desventaja clave para las aplicaciones que requieren una respuesta inmediata. Aquí es precisamente donde entra en juego la innovación desarrollada por los científicos del MIT, que han presentado una nueva unidad de procesamiento óptico para acelerar los cálculos de IA en el procesamiento de señales inalámbricas.

Procesador óptico: computación a la velocidad de la luz

Este revolucionario procesador fotónico realiza aprendizaje profundo utilizando una red neuronal óptica especialmente diseñada para el procesamiento de señales. A diferencia de las alternativas digitales que utilizan impulsos eléctricos, el chip óptico utiliza señales de luz para procesar datos, logrando así velocidades de procesamiento que son cien veces mayores que las de los mejores procesadores digitales.

Es precisamente esta velocidad la que permite la clasificación de señales inalámbricas en nanosegundos, lo que posibilita el procesamiento en tiempo casi real. Al mismo tiempo, este dispositivo logra una alta precisión en la clasificación de señales, de alrededor del 95 por ciento, lo que lo hace extremadamente fiable para diversas aplicaciones.

Aplicación en redes 6G y más allá

A medida que nos preparamos para las próximas redes 6G, que traerán demandas aún mayores de velocidad y capacidad, este procesador óptico podría desempeñar un papel clave. Por ejemplo, en los sistemas de radio cognitiva que ajustan automáticamente los formatos de modulación según las condiciones del entorno, este procesador permite un análisis de señales rápido y eficiente sin demoras.

Además de las telecomunicaciones, las ventajas de esta tecnología se extienden a otras aplicaciones muy exigentes: los vehículos autónomos pueden analizar el entorno y tomar decisiones en una fracción de segundo, y los marcapasos inteligentes pueden monitorear continuamente el estado del corazón de un paciente con una precisión y velocidad excepcionales.

Avance tecnológico: la arquitectura MAFT-ONN

La clave del éxito de este procesador radica في su arquitectura denominada sistema de red neuronal óptica de transformación de frecuencia analógica multiplicativa (MAFT-ONN). A diferencia de las redes neuronales ópticas tradicionales que requieren un gran número de dispositivos ópticos separados para cada "neurona", MAFT-ONN integra toda la red neuronal en un solo dispositivo por capa.

Esta tecnología procesa todas las operaciones lineales y no lineales dentro del dominio de la frecuencia, lo que permite el procesamiento de señales antes de que se conviertan digitalmente, aumentando significativamente la velocidad y la eficiencia. Mediante la aplicación de una técnica de multiplicación fotoeléctrica, el sistema logra una eficiencia superior y es fácilmente escalable añadiendo capas sin una carga de hardware adicional.

Resultados por debajo de un microsegundo

Las pruebas han demostrado que MAFT-ONN puede clasificar señales inalámbricas con una precisión del 85 por ciento en un solo análisis de alta velocidad, y con mediciones adicionales, la precisión puede aumentar hasta el 99 por ciento. Todo esto en un tiempo inferior a 120 nanosegundos, lo que es un orden de magnitud más rápido que los dispositivos de radiofrecuencia digitales más modernos que operan en microsegundos.

Esta velocidad excepcional permite a los usuarios aumentar la precisión de la clasificación en tiempo real sin una pérdida significativa en la velocidad de procesamiento, lo cual es crucial para aplicaciones donde cada momento es importante.

Ampliación de capacidades y desarrollo futuro

Los científicos planean desarrollar aún más esta tecnología mediante la introducción de múltiples esquemas de multiplexación que aumentarán aún más la potencia computacional y permitirán la escalabilidad. El objetivo es integrar redes neuronales profundas más complejas, incluidos los modelos de transformadores y los grandes modelos de lenguaje (LLM), lo que ampliaría la aplicación a muchas áreas de la inteligencia artificial.

Financiación y colaboración

Este innovador proyecto cuenta con el apoyo financiero de numerosas instituciones importantes, entre ellas el Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU., la Fuerza Aérea de los EE. UU., el Laboratorio Lincoln del MIT, la empresa japonesa Nippon Telegraph and Telephone, así como la Fundación Nacional de Ciencias.

El desarrollo de redes neuronales ópticas para el procesamiento rápido y eficiente de señales inalámbricas representa un paso importante hacia futuras tecnologías que permitirán redes y dispositivos más inteligentes, rápidos y eficientes energéticamente, dando forma así a un nuevo panorama tecnológico con el potencial de revolucionar industrias que van desde las telecomunicaciones hasta la sanidad y la conducción autónoma.

Fuente: Massachusetts Institute of Technology