Ett lasersystem som genererar snurrande ljuspartiklar kan leda till den starka beräkningskraften som behövs för att lösa komplexa biologiska problem. Systemet, vilket förbättras mot tidigare, beskrivs i tidningen Kvantvetenskap och teknik .

Vissa problem är för stora och komplexa för att även dagens datorer ska kunna lösas. Problemet med resande säljare är ett typiskt exempel. Detta problem frågar:Med tanke på en lista över städer och avstånd mellan varje par, vilken är den kortaste vägen som besöker varje stad och återvänder till ursprungsstaden? När antalet städer att besöka ökar, det möjliga antalet rutter att välja mellan blir exponentiellt högre, tar mer och mer tid att lösa. En modern dator skulle ta en miljard år att lösa ett problem med 60 städer.

För att försöka lösa komplexa problem snabbare, fysiker vänder sig till spinnsystem, som är förenklade modeller som beskriver samspelet mellan partiklar i ett material. I "XY -modellen" av ett spinnsystem, partiklar bildar virvelliknande mönster runt flera fokuspunkter. Tänk dig flera avlopp i ett stort badkar, med enkelriktade flöden av vatten som går ner i varje avlopp. Komplexa problem som involverar riktningsdata kan simuleras genom att skapa ett fysiskt system som emulerar denna XY -modell.

Den här typen av system kan användas, till exempel, att förutsäga vinklarna mellan bindningar i ett protein, bestämma hur den är vikt, för upptäckt och syntes av läkemedel. Det kan avsevärt minska den tid som krävs för att genomföra komplexa probabilistiska datorer.

Fysikern Yutaka Takeda från Tokyo University of Science och kollegor i Japan förbättrade en experimentell uppsättning som efterliknar XY -modellen. Deras design har ett lasersystem som genererar pulser av ljuspartiklar inom en kilometer lång optisk fiberhålighet. Pulserna genereras med hjälp av ett "icke -genererat optiskt parametriskt oscillatornätverk, "som i slutändan genererar 5, 000 snurr, dvs flöden av ljuspartiklar som går ner 5, 000 olika avlopp, i hålrummet. Det möjliggör långa simuleringar över flera minuter inom ett stabilt system. Detta förbättras mot tidigare oscillatorer som bara producerade 100 snurr och simuleringstider som var begränsade till flera tiotals millisekunder.

Teamet visade att de snurrande ljuspartiklarna i den optiska fiberkaviteten exakt motsvarar en XY -modell.

"Vi hoppas att vårt arbete kommer att motivera forskning inom beräkning med fysiska system och algoritmer som involverar kontinuerlig och riktad data, "konstaterar forskarna.