Uma equipa de investigadores da África do Sul, Singapura e China traçou um roteiro que descreve como a inteligência artificial (IA) está a transformar o desenvolvimento e a aplicação da chamada luz estruturada. O documento destaca soluções que reduzem a complexidade de projetar dispositivos fotónicos, ampliam o alcance das comunicações ópticas e impulsionam novas abordagens de computação baseadas em feixes de laser.
O que é luz estruturada
Ao manipular diferentes graus de liberdade — como polarização e padrões espaciais — os cientistas conseguem “esculpir” a luz, criando feixes com propriedades específicas. A técnica permite torcer, curvar ou mesmo produzir formas tridimensionais em ondas luminosas, resultando numa robustez topológica que torna os sinais praticamente imunes ao ruído ambiental.
Essa versatilidade cria um alfabeto de codificação mais rico do que o binário tradicional. Nas comunicações ópticas, cada configuração do feixe pode representar informações diferentes, aumentando a capacidade de transmissão sem recorrer apenas a zeros e uns.
Contudo, projetar metasuperfícies e nanoantenas capazes de gerar cada forma de luz continua a ser um desafio. O design de milhares de “meta-átomos” exige cálculos complexos e um ajuste fino de materiais em escala nanométrica.
IA simplifica o design fotónico
Segundo o novo roteiro, algoritmos de IA já conseguem automatizar grande parte do processo de criação dessas estruturas. Redes neurais geram geometrias otimizadas para metasuperfícies, avaliam o desempenho em tempo real e propõem ajustes de maneira iterativa. O método reduz semanas de trabalho de laboratório a poucas horas de simulação.
A mesma abordagem acelera a caracterização de feixes. Modelos treinados com conjuntos extensos de dados identificam instantaneamente a configuração da luz e corrigem eventuais distorções. Como resultado, sistemas de comunicação que operam em ambientes com vibrações ou variações de temperatura passam a comportar-se como canais ideais, praticamente livres de interferências.
Na microscopia, a IA combina informações da fonte luminosa e da amostra para contornar limitações ópticas. Pesquisadores já demonstraram a obtenção de imagens de superfícies curvas num único enquadramento, algo antes possível apenas com múltiplas capturas e pós-processamento demorado.
Imagem: Tecnologia e Inovação
Novos estados quânticos em menos tempo
No domínio quântico, a IA encurta o caminho entre teoria e experimento. Algoritmos geram esquemas para produzir estados da luz ainda não testados em laboratório, explorando combinações que seriam impraticáveis com cálculos manuais. Isso acelera investigações sobre entrelaçamento, codificação segura e sensores de alta precisão.
Os autores do roteiro indicam que a metodologia poderá revelar formas inéditas de luz quântica, abrindo espaço para protocolos de comunicação ultra-seguros e processadores ópticos dedicados a operações específicas de computação quântica.
Luz como plataforma de processamento
O estudo também aborda o movimento inverso: quando a fotónica passa a servir a própria IA. Experimentos recentes mostram redes neurais físicas construídas com padrões de luz estruturada que processam dados na velocidade das ondas. Ao misturar vários feixes num mesmo dispositivo, cada entrada é correlacionada com múltiplas saídas, replicando a arquitetura de um perceptron.
Numa demonstração, um processador óptico aumentou em cem vezes a eficiência energética de tarefas de reconhecimento de imagens em comparação com chips eletrónicos convencionais. A perspectiva é de sistemas híbridos em que a eletrónica executa funções de controle e a luz assume o cálculo de matrizes extensas, diminuindo consumo de energia e latência.
O roteiro conclui que a integração entre IA e luz estruturada avança em duas frentes complementares: simplificar o design de dispositivos fotónicos e utilizar esses mesmos dispositivos para acelerar algoritmos. Essa convergência promete redes de comunicação mais rápidas, microscópios com resolução superior e computadores que operam literalmente à velocidade da luz.
