В нашу эпоху, основанную на данных, эффективное решение сложных проблем имеет решающее значение. Однако традиционные компьютеры часто с трудом справляются с этой задачей, когда имеют дело с большим количеством взаимодействующих переменных, что приводит к неэффективности, такой как узкое место фон Неймана. Для решения этой проблемы возник новый тип вычислений с коллективным состоянием путем сопоставления этих проблем оптимизации с так называемой проблемой Изинга в магнетизме.
Вот как это работает: представьте себе задачу в виде графа, узлы которого соединены ребрами. Каждый узел имеет два состояния: +1 или -1, представляющие потенциальные решения. Цель состоит в том, чтобы найти конфигурацию, которая минимизирует полную энергию системы, основываясь на концепции, называемой гамильтонианом.
Исследователи изучают физические системы , которые могли бы превзойти традиционные компьютеры в эффективном решении гамильтониана Изинга. Один многообещающий подход предполагает использование методов, основанных на освещении, где информация кодируется в такие свойства, как состояние поляризации, фаза или амплитуда. Эти системы могут быстро найти правильное решение, используя такие эффекты, как интерференция и оптическая обратная связь.
В исследовании , опубликованном в Журнале оптических микросистем , исследователи из Национального университета Сингапура и Агентства по науке, технологиям и исследованиям рассмотрели возможность использования системы лазеров поверхностного излучения с вертикальным резонатором (VCSEL) для решения проблем Изинга. В этой установке информация кодируется в состояниях линейной поляризации VCSEL, причем каждое состояние соответствует потенциальному решению.
Лазеры связаны друг с другом, и взаимодействие между ними кодирует структуру проблемы.
Исследователи протестировали свою систему на скромных 2-, 3- и 4-битных задачах Изинга и получили многообещающие результаты. Однако они также выявили проблемы, такие как необходимость минимальной анизотропии генерации VCSEL, чего может быть трудно достичь на практике. Тем не менее, преодоление этих проблем может привести к созданию полностью оптической компьютерной архитектуры на основе VCSEL, способной решать проблемы, которые в настоящее время недоступны для традиционных компьютеров.
Теги: IT, микроэлектроника, суперкомпьютер
