Semnalele luminoase de „multiplicare” pot fi cheia computerelor optice ultra-puternice

Noul tip de calcul optic poate rezolva probleme foarte complexe care nu sunt la îndemâna nici măcar a celor mai puternice supercomputere.

O clasă importantă de probleme de calcul provocatoare, cu aplicații la teoria graficelor, rețelelor neuronale, inteligenței artificiale și codurilor de corectare a erorilor, poate fi rezolvată prin multiplicarea semnalelor luminoase, potrivit cercetătorilor de la Universitatea Cambridge și Institutul de Știință și Tehnologie Skolkovo din Rusia.

Într-o lucrare de jurnal Scrisori de recenzie fizică, propun un nou tip de calcul care ar putea revoluționa calculul analogic prin reducerea dramatică a numărului de semnale luminoase necesare simplificând în același timp căutarea celor mai bune soluții matematice, permițând computerelor optice să fie foarte rapide.

Calculul optic sau fotonic folosește fotonii produși de lasere sau diode pentru calcul, spre deosebire de computerele clasice care utilizează electroni. Deoarece fotonii sunt în esență incomensurabili și pot călători mai repede decât electronii, un computer optic ar fi foarte rapid, eficient din punct de vedere energetic și capabil să proceseze informații simultan prin mai multe canale optice de timp sau spațiu.

Elementul de calcul dintr-un computer optic – o alternativă la cele și zerourile unui computer digital – este reprezentat de faza continuă a semnalului luminos, iar calculul se realizează în mod normal prin adăugarea a două unde de lumină provenind din două surse diferite și apoi proiectarea rezultă stările ‘0’ sau ‘1’.

Calculator optic cu impuls de lumină

Schema interacțiunilor impulsurilor de lumină pe măsură ce calculatorul optic propus rezolvă problemele de optimizare binară de ordinul cel mai înalt. Fazele de lumină provenite de la mai multe impulsuri de lumină sunt combinate pentru a schimba fazele fiecărui impuls de lumină până când se găsește soluția. Credit: Gleb Berloff

Cu toate acestea, viața reală prezintă probleme extrem de neliniare, în care multe necunoscute schimbă simultan valorile altor necunoscute în timp ce interacționează într-un mod multiplicativ. În acest caz, modul tradițional de calcul optic care combină undele luminoase într-un mod liniar eșuează.

Acum, profesorul Natalia Berloff de la Departamentul de matematică aplicată și fizică teoretică din Cambridge și doctorandul Nikita Stroev de la Institutul de Știință și Tehnologie Skolkovo au descoperit că sistemele optice pot combina lumina prin înmulțirea funcțiilor unde care descriu undele de lumină. pentru ei un alt fel de legătură între undele luminoase.

Ei au ilustrat acest fenomen cu aproape particule numite polaritoni – care sunt jumătate de lumină și jumătate de materie – deoarece extind ideea la o clasă mai mare de sisteme optice, cum ar fi impulsurile de lumină dintr-o fibră. Impulsurile fine sau blocurile de polaritoni coerenți, super-mișcați pot fi create în spațiu și se suprapun între ele într-o manieră neliniară, datorită materiei constitutive a polaritonilor.

“Am găsit ingredientul cheie în modul în care pulsurile se combină între ele”, a spus Stroev. „Dacă luați în mod corespunzător combinația și intensitatea luminii, lumina se înmulțește, afectând fazele impulsurilor individuale, răspunzând la problemă. Acest lucru face posibilă utilizarea luminii pentru rezolvarea problemelor neliniare. ”

Înmulțirea funcțiilor de undă pentru a determina faza semnalului luminos în fiecare element al acestor sisteme optice provine din neliniaritatea care apare în mod natural sau este introdusă în sistem.

„Ceea ce a surprins este că nu este nevoie să proiectăm faza luminii continue în stările„ 0 ”și„ 1 ”necesare pentru rezolvarea problemelor din variabilele binare”, a spus Stroev. „În schimb, sistemul tinde să aducă aceste stări la sfârșitul căutării configurării puterii minime. Aceasta este proprietatea care provine din multiplicarea semnalelor luminoase. În schimb, mașinile optice anterioare au necesitat o excitație rezonantă care reglează fazele valorilor binare externe. “

Autorii au sugerat și implementat o modalitate de a direcționa traiectoriile sistemului către soluție prin schimbarea temporară a punctelor forte ale joncțiunii de semnal.

„Trebuie să începem să identificăm diferite clase de probleme care pot fi rezolvate direct de un procesor fizic dedicat”, a spus Berloff, care deține și o funcție la Institutul de Știință și Tehnologie Skolkovo. „Problemele de optimizare binară de ordin superior sunt o astfel de clasă, iar sistemele optice pot fi eficientizate în rezolvarea lor”.

Există încă multe provocări de rezolvat înainte ca calculul optic să-și poată demonstra superioritatea în rezolvarea problemelor dificile în comparație cu computerele electronice moderne: reducerea zgomotului, corectarea erorilor, scalarea îmbunătățită, îndrumarea sistemului, cele mai bune se numără cu adevărat.

“Schimbarea cadrului nostru pentru a aborda direct diferite tipuri de probleme poate aduce mașinile de calcul optice mai aproape de rezolvarea problemelor din lumea reală care nu pot fi rezolvate de computerele clasice”, a spus Berloff.

Referință: „Optimizarea discretă a polinomului cu rețele coerente de condensate și terminarea unirii complexe” de Nikita Stroev și Natalia G. Berloff. 5 februarie 2021, Scrisori de recenzie fizică.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.050504

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

„Tirani” adolescenți – Descendenții dinozaurului sălbatic – Explicați diversitatea dinozaurilor?

Noi cercetări sugerează că generații de dinozauri carnivori gigantici, cum ar fi Tyrannosaurus rex, și-ar fi remodelat radical comunitățile cu specii mai mici concurente....

Limitele de date pot fi șterse cu antene optice noi și „inele luminoase”

Cercetătorii de la Universitatea din California, Berkeley, au găsit o nouă modalitate de a valorifica proprietățile undelor de lumină care pot crește cantitatea de...

Primul studiu științific al eficacității vaccinului COVID-19 din lumea reală – rezultatele aici

Primul studiu pe scară largă, evaluat de colegi, cu privire la eficacitatea sa din lumea reală COVID-19 Vaccinul a fost publicat de Institutul de...

„Cel mai dur grup de găuri negre” detectat de undele gravitaționale ar putea fi de fapt fuziunea stelelor din Boson

Reprezentare artistică a coliziunii a două stele de boson cu unde gravitaționale emise. Credite: Nicolás Sanchis-Gual și Rocío García-Souto O echipă internațională condusă de...

Procesul de tratament în rara morgă „carapace noroioase” a mumiei egiptene a fost expus – acesta este un caz de eroare

O figură mumificată și un sicriu în colecția Nicholson a Muzeului Aripii Chau Chuck de la Universitatea din Sydney. O persoană mumificată înfășurată...

Newsletter

Subscribe to stay updated.