Ερευνητική ομάδα του πανεπιστημίου Queen’s ανέπτυξε έναν νέο τύπο υπολογιστικής μηχανής που χρησιμοποιεί το φως για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων, όπως η αναδίπλωση πρωτεϊνών για ανακάλυψη φαρμάκων και η κατανομή αριθμών που σχετίζεται με την κρυπτογραφία.
Το σύστημα κατασκευάστηκε από εμπορικά διαθέσιμα εξαρτήματα, λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου και μπορεί να εκτελεί δισεκατομμύρια πράξεις ανά δευτερόλεπτο, παραμένοντας σταθερό για πολλές ώρες. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό «Nature».
Ένας πρακτικός και επεκτάσιμος τύπος υπολογιστή
Η εξέλιξη αυτή δείχνει ότι είναι εφικτή η δημιουργία μιας πρακτικής και κλιμακούμενης υπολογιστικής μηχανής ικανής να αντιμετωπίσει ιδιαίτερα δύσκολα προβλήματα. Το έργο καθοδηγήθηκε από τον Bhavin Shastri, καθηγητή φυσικής και νευρομορφικής φωτονικής υπολογιστικής, μαζί με μεταπτυχιακούς ερευνητές, ενώ υπήρξε συνεργασία και με ερευνητές του πανεπιστημίου McGill.
Βασισμένος στο μοντέλο Ising
Ο επεξεργαστής βασίζεται στο μοντέλο Ising, όπου τα προβλήματα αναπαρίστανται ως αλληλεπιδρώντες «μαγνήτες» με δύο καταστάσεις. Αντί για μαγνήτες, το νέο σύστημα χρησιμοποιεί παλμούς φωτός ή την απουσία τους. Οι παλμοί κινούνται σε βρόχο, αλληλεπιδρούν και σταδιακά καταλήγουν σε διάταξη που αντιστοιχεί σε καλή λύση ενός προβλήματος βελτιστοποίησης. Όπως ανέφερε ο Shastri, πρόκειται ουσιαστικά για έναν τρόπο να μετατραπεί το φως σε εργαλείο επίλυσης προβλημάτων.
Δύσκολα προβλήματα βελτιστοποίησης στην πράξη
Τέτοιου τύπου υπολογισμοί εμφανίζονται σε καθημερινές εφαρμογές, όπως η βελτιστοποίηση δρομολογίων μεταφορών, η εφοδιαστική αλυσίδα, ο σχεδιασμός φαρμάκων και ο αστικός σχεδιασμός. Όσο αυξάνονται οι επιλογές, οι πιθανοί συνδυασμοί πολλαπλασιάζονται εκθετικά, καθιστώντας εξαιρετικά δύσκολη την εύρεση της καλύτερης λύσης ακόμη και για σύγχρονους υπολογιστές.
Πλεονεκτήματα λειτουργίας σε θερμοκρασία δωματίου
Το σύστημα καταναλώνει λιγότερη ενέργεια σε σχέση με άλλες προηγμένες υπολογιστικές τεχνολογίες, καθώς δεν απαιτεί εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες ή ειδικά υλικά. Χρησιμοποιεί τεχνολογίες λέιζερ, οπτικών ινών και διαμορφωτών που ήδη αξιοποιούνται στις υποδομές του διαδικτύου, γεγονός που το καθιστά πιο πρακτικό και οικονομικά βιώσιμο.
Μελλοντική ανάπτυξη και εφαρμογές
Οι ερευνητές σχεδιάζουν περαιτέρω κλιμάκωση του συστήματος, αύξηση των «spins», καλύτερη ενεργειακή απόδοση και ενσωμάτωση σε πραγματικές εφαρμογές μέσω συνεργασιών με τη βιομηχανία. Στόχος είναι η αξιοποίηση της τεχνολογίας σε πραγματικά προβλήματα υψηλής πολυπλοκότητας.
