Huidige AI-modellen, zoals convolutional neural networks, leveren indrukwekkende prestaties bij beeldherkenning en medische analyse, maar vragen veel rekenkracht en energie. Die berekeningen zijn bovendien begrensd door de kloksnelheid van digitale hardware. Optische neurale netwerken werken fundamenteel anders. In plaats van software en elektronische schakelingen bestaat het netwerk uit fysieke optische componenten, zoals lenzen en fasemodulatoren. De berekening vindt plaats terwijl licht door het systeem beweegt, in principe met de snelheid van het licht en met aanzienlijk minder energieverlies.

Het idee van optisch rekenen is niet nieuw, maar de praktische uitvoering blijkt complex. Optische systemen laten zich niet eenvoudig opschalen met meerdere lagen, en bekende leermechanismen uit machine learning, zoals backpropagation, zijn moeilijk te implementeren met licht. Kleine fysieke imperfecties kunnen bovendien grote invloed hebben op de prestaties. Dat vraagt om een nauwe samenwerking tussen wiskunde, natuurkunde en fabricage.

In het proefproject bundelden de onderzoekers hun expertise om juist die beperkingen te verkennen. Het team ontwierp en trainde eerst een eenvoudig, digitaal neuraal netwerk met één laag, afgestemd op een optische opstelling. Vervolgens werd dit ontwerp fysiek gerealiseerd met een ruimtelijke lichtmodulator. De resulterende opstelling bleek in staat om cijfers betrouwbaar te classificeren, een eerste proof-of-principle dat optische neurale netwerken daadwerkelijk functioneel kunnen zijn.

De uitkomst is vooral een blik vooruit. Optisch rekenen vervaagt de grens tussen hardware en algoritme en tussen natuurkunde en informatica. Op langere termijn zouden dergelijke systemen kunnen bijdragen aan datacenters die AI-toepassingen draaien met een fractie van het huidige energieverbruik, en aan slimme apparaten en autonome systemen die sneller en efficiënter beslissingen nemen. Tegelijkertijd maken de onderzoekers duidelijk dat verdere doorbraken alleen mogelijk zijn met langdurig, interdisciplinair onderzoek waarin wiskunde, informatica, fysica en productie samenkomen.