Multiplikátor světelných signálů může být klíčem k supervelmocům

Nový typ optických počítačů může vyřešit mnoho složitých problémů, které jsou nepřístupné i těm nejvýkonnějším superpočítačům.

Podle vědců na Skolkovském institutu vědy a technologie na univerzitě v Cambridge lze výkonnou třídu výpočetních problémů využívajících teorii grafů, neuronových sítí, umělé inteligence a kódů pro opravu chyb vyřešit vynásobením světelných signálů. ,

V článku publikovaném v časopise Fyzické psaní dopisůNabízejí nový typ výpočetní techniky, který by mohl přinést revoluci v analogové výpočetní technice dramatickým snížením počtu světelných signálů potřebných ke zjednodušení hledání nejlepších matematických řešení umožněním vysokorychlostního optického výpočtu.

Optický nebo fotonový výpočet používá pro výpočet fotony produkované lasery nebo diodami, na rozdíl od konvenčních počítačů využívajících elektronický systém. Protože fotony jsou prakticky nehmotné a mohou cestovat rychleji než elektrony, optický počítač bude vysokorychlostní, energeticky efektivní a schopný zpracovávat informace současně napříč více časovými nebo prostorovými optickými kanály.

V optickém počítači je výpočetní prvek, alternativa k digitálnímu počítači, nula, představovaná spojitou fází světelného signálu;

Optický počítač se světelným pulsem

Schéma interakcí světelných pulsů, protože navrhovaný optický počítač řeší problémy binární optimalizace vyššího řádu. Světelné fáze přicházející z několika světelných pulzů se kombinují, aby změnily fáze každého světelného impulsu, dokud nebude nalezeno řešení. Půjčka: Gleb Berloff

Skutečný život však představuje závažné nelineární problémy, když více neznámých současně mění hodnoty jiných neznámých během několika interakcí. V tomto případě selže tradiční přístup k optickému výpočtu, který lineárně kombinuje světelné vlny.

Natalia Berloff, profesorka na cambridgeském oddělení aplikované matematiky a teoretické fyziky, a Nikita Straw, studentka Skolkovského institutu vědy a technologie, zjistili, že optické systémy mohou kombinovat světlo znásobením světelných vln popisem vlnových délek.:

Ilustrovali tento jev kvazi-částicemi zvanými polaritony, které jsou polovláknovými materiály, a rozšířili tuto myšlenku na větší třídu optických systémů, jako jsou světelné impulsy ve vlákně. V prostoru mohou být vytvářeny drobné pulsy nebo kuličky synchronních ultra-pohyblivých polaritonů, které se nelineárně shodují díky složení polárních materiálů.

„Zjistili jsme, že klíčovou součástí je způsob, jakým spárujete své tepny,“ řekl Straw. „Pokud jsou spojení a intenzita světla přijímány správně, světlo se znásobí, což ovlivní fáze jednotlivých impulsů a dá odpověď na problém. To vám umožní používat světlo k řešení nelineárních problémů. “

Násobení vlnových funkcí k určení fáze světelného signálu každého prvku těchto optických systémů pochází z nelinearity, která se přirozeně vyskytuje nebo je importována do systému.

„Překvapením je, že není nutné promítat spojité světelné fáze na stavy„ 0 “1„ 1 “potřebné k řešení problémů binárních proměnných,“ uvedl Straw. „Místo toho se systém snaží tyto stavy vytvořit dokončením hledání konfigurace s nejnižší energií. Jedná se o funkci, která pochází ze znásobení světelných signálů. „Naopak, předchozí optické přístroje vyžadují rezonanční buzení, které externě reguluje fáze na binární hodnoty.“

Autoři také navrhli způsob, jak nasměrovat systémové cesty k řešení dočasnou změnou vazebních sil signálu.

„Musíme začít identifikovat různé třídy problémů, které lze vyřešit přímo pomocí vyhrazeného fyzického procesoru,“ řekl Berloff, který rovněž zastává pozici na Skolkovském institutu vědy a technologie. „Kvalitní binární optimalizační problémy jsou jednou z takových lekcí a optické systémy mohou být při jejich řešení velmi účinné.“

Stále existuje řada výzev, kterým je třeba čelit, než optické výpočty mohou ukázat svoji převahu v řešení složitých problémů ve srovnání s moderními počítači.

„Změna našeho pole pro okamžité řešení různých typů problémů může optické výpočetní stroje přiblížit řešení skutečných problémů, které nelze vyřešit klasickými počítači,“ uvedl Berloff.

Odkaz. Nikita Straw և Natalia G. Berloff „Diskrétní vícenásobná optimalizace s koncentrátorem – přepínače komplexního připojení s kompatibilními sítěmi“. 5. února 2021 Fyzické psaní dopisů,
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

Byl objeven a pojmenován fascinující příběh asteroidu Trojan Jupiter (cíl mise Lucy NASA)

Ilustrace sedmi cílů mise Lucy: binární asteroid Patroclus / Menoetius, Eurybates, Orus, Leucus, Polymele a hlavní asteroid Donald Johnson.Poděkování: Laboratoř koncepčního obrazu NASA Goddard...

Kvantové bloky pro výrobu exotických elektronově magnetických vlastností

Přechodné kovy vázané v grafenové formě elektronového paprsku slibují kvantové stavební bloky. Půjčka Ondrej Dyke, Andrew Lupin և Jacob Jacob Svet /...

Globální oteplování ohrožuje potravinové řetězce – „dopad může být vážný“

Studie zkoumala plankton ve sladkovodních bazénech vystavených sedmiletému experimentálnímu oteplování. Zápočet: Exeter University Rostoucí teploty mohou podle nové studie snížit účinnost potravinových řetězců a...

Pocit sounáležitosti klíč ke zlepšení

Studenti mají ve třídě větší motivaci, když mají pocit, že patří do jejich školy. Rodiče se mohou bát, že pokud jejich student nebude motivován k...

Proč jsou metody distribuce vakcín COVID-19 krátké + 3 způsoby, jak je vylepšit

Objevilo se několik návrhů, jak distribuovat COVID-19 vakcíny, ale nezajistí spravedlivé rozdělení vakcíny. Tým, který zahrnuje Nicole Hassoun, profesorku na Binghamton University, navrhuje...

Newsletter

Subscribe to stay updated.