Investigación conjunta UNAM-LSU

Identifican fuentes de luz con inteligencia artificial

Imagen: cortesía de Roberto León.

Físicos del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) y del grupo de fotónica cuántica de la Louisiana State University (LSU) desarrollaron una tecnología cuántica para identificar fuentes de luz usando inteligencia artificial.

Para distinguir luz láser (que es dirigida directa e intensamente a un objeto mediante esa fuente) de luz ambiental (la que está alrededor y que los físicos llaman termal y consideran ruido), los científicos utilizan redes neuronales que autoaprenden a reconocer ambas emisiones de luz, de la misma forma en que nosotros diferenciamos a un pino de un encino, aunque ambos sean árboles, explicó Roberto León Montiel, del ICN.

Esas redes neuronales son un desarrollo de inteligencia artificial que emplea la física cuántica para acelerar los procesos a centésimas de segundo, con una alta eficiencia.

La investigación fue publicada en Applied Physics Reviews, la cual consideró al artículo Featured Article por su innovación y aplicación.

Detección con luz láser

La inspiración del proyecto es la detección con luz láser, reveló Roberto León.

La detección e identificación de los diferentes tipos de fuentes de luz que nos rodea ha desempeñado un papel significativo en el avance de tecnologías fotónicas importantes, como la detección y alcance de la luz (LiDAR, por sus siglas en inglés), el sensado remoto y la microscopía. “La tecnología LiDAR, que es como el radar, pero con láser en lugar de ondas de radio, es el posicionamiento de objetos. Puede ser aplicada para la detección de aviones, misiles o cohetes”, abundó León Montiel.

Uno de sus problemas es que cuando se envía el láser al objeto y se detecta esa luz a través de una cámara o un detector, también se capta otra luz (la ambiental), que es externa al objeto.

“Otra cuestión es saber distinguir cuál es la luz que le pegó al objetivo de la luz ambiental. La que está a su alrededor tiene una estadística diferente de número de fotones. La estadística fotónica es básicamente cómo arriban esas partículas de luz al detector”, detalló el experto.

La forma en que llegan esas partículas de ambas emisiones de luz es distinta. Los expertos querían una tecnología que pudiera hacer la diferenciación muy rápido. Una forma de hacerlo necesitaba un millón de mediciones, que les llevaba un segundo hacerlas, pero para un avión o un misil es mucho tiempo, apuntó. “Y pasamos de un segundo a cien microsegundos con la tecnología cuántica”, señaló.

En su trabajo, Roberto León y Omar Magaña Loaiza, líder del grupo de fotónica cuántica de la LSU, crearon una tecnología cuántica inteligente que reduce dramáticamente el número de mediciones indispensables para la correcta identificación de fuentes de luz.

Hay dos posibles aplicaciones de esta tecnología. La primera es la microscopía, para elaborar imágenes de muestras químicas o biológicas. “Si se quieren hacer imágenes de tejidos o de muestras moleculares y se iluminan por mucho tiempo o con gran intensidad se pueden dañar. Con estos algoritmos de inteligencia artificial es posible reducir la cantidad de tiempo que requerimos medir para reproducir la imagen o las propiedades de alguna muestra sin dañarla, sobre todo si está viva”, dijo.

La segunda aplicación es en comunicaciones, donde la tecnología es útil en encriptación cuántica, para acelerar los mensajes clave que se mandan. “La tecnología reduce el número de copias que se envían de un mensaje encriptado, lo que además de rápido lo hace más seguro”, finalizó.

Las partículas de luz (fotones) provenientes del Sol y de una fuente láser son reflejadas simultáneamente por un objeto lejano en movimiento (avión) y detectadas por un sensor (ojo humano), incapaz de distinguir por sí solo la estadística fotónica de cada una de ellas. Con la información obtenida después de un tiempo de detección muy corto (decenas de microsegundos), las neuronas artificiales son capaces de distinguir entre la luz solar y láser, permitiendo filtrar los fotones del Sol y enfocarse únicamente en los provenientes de la fuente láser.

También podría gustarte