Альтернатива квантовым компьютерам: в Канаде разработали мощное вычислительное устройство, работающее на свету

В журнале Nature представлены результаты испытаний инновационного светового процессора от команды Университета Куинс. Разработчикам удалось решить главную проблему альтернативных вычислений — сложность эксплуатации. Их компьютер построен на базе стандартных телекоммуникационных компонентов и отлично справляется с комбинаторными задачами высокой сложности без специальных лабораторных условий. Высокая стабильность в сочетании с производительностью на уровне миллиардов операций в секунду делает этот «фотонный калькулятор» перспективным инструментом для реального сектора экономики.

В основе устройства лежит физическая модель Изинга, традиционно используемая для описания магнитного взаимодействия атомов. Однако вместо магнитов канадские исследователи под руководством профессора Бхавина Шастри применили импульсы света. В основе системы лежат световые частицы — фотоны. Их наличие или отсутствие кодирует двоичную информацию, выполняя роль привычных «единиц» и «нулей» (спинов). Сталкиваясь друг с другом внутри оптоволоконного кольца, эти импульсы естественным образом стремятся к наиболее стабильному состоянию с минимальными затратами энергии. В математическом смысле этот процесс самоорганизации света идентичен поиску идеального решения сложной задачи.

Главным преимуществом разработки является её практичность. В отличие от квантовых компьютеров, требующих охлаждения до температур, близких к абсолютному нулю, оптический процессор Университета Куинс функционирует в стандартных условиях. Устройству не требуются уникальные материалы: оно построено на базе коммерчески доступных лазеров, оптоволокна и модуляторов — тех же технологий, что обеспечивают работу глобального интернета.

В ходе экспериментов система продемонстрировала способность выполнять миллиарды операций в секунду, сохраняя стабильность на протяжении нескольких часов. Это существенный прогресс по сравнению с предыдущими аналогами, которые теряли работоспособность за миллисекунды. Используя всего 5 базовых компонентов, ученые смогли смоделировать систему из 256 взаимодействующих элементов, что позволяет решать задачи, недоступные для классических транзисторных процессоров за разумное время.

Среди основных сфер применения новой технологии исследователи называют:

• Фармакологию: моделирование сворачивания белков (фолдинга), что критически важно для разработки новых лекарственных препаратов.
• Криптографию: факторизация больших чисел и решение задач разбиения, лежащих в основе современных систем шифрования.
• Логистику: оптимизация сложных маршрутов и цепочек поставок.

По словам авторов исследования, использование света вместо электричества также решает проблему энергоэффективности, так как фотонная обработка данных требует значительно меньше энергии. В планах команды — масштабирование системы для работы с тысячами переменных и интеграция технологии в существующие вычислительные центры.

Источник: phys.org