Les chercheurs de l’Université Aalto ont effectué des opérations tensorielles d’IA avec un seul passage de lumière, codant les données en ondes lumineuses pour des calculs passifs et simultanés intégrés dans des puces photoniques pour des systèmes d’IA plus rapides et économes en énergie. L’étude a été publiée dans Photonique naturelle le 14 novembre 2025. Les opérations tensorielles, cruciales pour l’IA dans le traitement des images et la compréhension du langage, sont des calculs mathématiques avancés. Le matériel numérique conventionnel, y compris les GPU, est confronté à des problèmes de vitesse, de consommation d’énergie et d’évolutivité avec l’augmentation des volumes de données. Une équipe internationale, dirigée par le Dr Yufeng Zhang du groupe photonique de l’université Aalto, a développé une approche permettant des calculs tensoriels complexes en un seul mouvement de lumière à travers un système optique. Ce processus, appelé calcul tensoriel mono-coup, fonctionne à la vitesse de la lumière. « Notre méthode effectue les mêmes types d’opérations que celles gérées par les GPU actuels, comme les convolutions et les couches d’attention, mais elles les effectuent toutes à la vitesse de la lumière », a déclaré le Dr Zhang. « Au lieu de nous fier à des circuits électroniques, nous utilisons les propriétés physiques de la lumière pour effectuer de nombreux calculs simultanément. » L’équipe a intégré des informations numériques dans l’amplitude et la phase des ondes lumineuses, convertissant les données numériques en variations physiques au sein du champ optique. Ces ondes lumineuses interagissent et exécutent automatiquement des procédures mathématiques telles que la multiplication matricielle et tensorielle, fondamentales pour l’apprentissage en profondeur. L’utilisation de plusieurs longueurs d’onde de lumière a élargi la technique pour prendre en charge des opérations tensorielles d’ordre supérieur. « Imaginez que vous êtes un douanier qui doit inspecter chaque colis à l’aide de plusieurs machines dotées de différentes fonctions, puis les trier dans les bonnes poubelles », a expliqué Zhang. « Normalement, vous traitez chaque colis un par un. Notre méthode de calcul optique fusionne tous les colis et toutes les machines ensemble – nous créons plusieurs « crochets optiques » qui connectent chaque entrée à sa sortie correcte. Avec une seule opération, un seul passage de lumière, toutes les inspections et tous les tris se font instantanément et en parallèle. » Les opérations se produisent au fur et à mesure que la lumière se déplace, éliminant ainsi le besoin de contrôle actif ou de commutation électronique pendant le calcul. « Cette approche peut être mise en œuvre sur presque toutes les plates-formes optiques », a déclaré le professeur Zhipei Sun, responsable du groupe photonique de l’université Aalto. « À l’avenir, nous prévoyons d’intégrer ce cadre informatique directement sur des puces photoniques, permettant aux processeurs basés sur la lumière d’effectuer des tâches d’IA complexes avec une consommation d’énergie extrêmement faible. » Zhang a indiqué que l’objectif est d’adapter la technique au matériel et aux plates-formes existants utilisés par les grandes entreprises technologiques, estimant l’intégration d’ici 3 à 5 ans. « Cela créera une nouvelle génération de systèmes informatiques optiques, accélérant considérablement les tâches complexes d’IA dans une myriade de domaines », a-t-il conclu.
