I vår datadrivna era är det avgörande att lösa komplexa problem effektivt. Men traditionella datorer kämpar ofta med denna uppgift när de hanterar ett stort antal interagerande variabler, vilket leder till ineffektivitet som von Neumanns flaskhals. En ny typ av kollektiv tillståndsberäkning har dykt upp för att lösa detta problem genom att kartlägga dessa optimeringsproblem på något som kallas Ising-problemet inom magnetism.
Så här fungerar det:Föreställ dig att representera ett problem som en graf, där noder är sammankopplade med kanter. Varje nod har två tillstånd, antingen +1 eller -1, som representerar de potentiella lösningarna. Målet är att hitta den konfiguration som minimerar systemets totala energi baserat på ett koncept som kallas en Hamiltonian.
Forskare utforskar fysiska system som kan överträffa traditionella datorer för att effektivt lösa Ising Hamiltonian. Ett lovande tillvägagångssätt involverar att använda ljusbaserade tekniker, där information kodas in i egenskaper som polarisationstillstånd, fas eller amplitud. Dessa system kan snabbt hitta rätt lösning genom att utnyttja effekter som störningar och optisk feedback.
I en studie publicerad i Journal of Optical Microsystems , forskare från National University of Singapore och byrån för vetenskap, teknologi och forskning tittade på att använda ett system av vertikala kavitets ytemitterande lasrar (VCSEL) för att lösa Ising-problem. I denna uppsättning kodas information i de linjära polarisationstillstånden för VCSEL:erna, med varje tillstånd som motsvarar en potentiell lösning.
Lasrarna är kopplade till varandra, och interaktionerna mellan dem kodar för problemets struktur.
Forskarna testade sitt system på blygsamma 2-, 3- och 4-bitars Ising-problem och fann lovande resultat. Men de identifierade också utmaningar, såsom behovet av minimal VCSEL-laserande anisotropi, vilket kan vara svårt att uppnå i praktiken. Att övervinna dessa utmaningar kan dock leda till en helt optisk VCSEL-baserad datorarkitektur som kan lösa problem som för närvarande är utom räckhåll för traditionella datorer.
Mer information: Brandon Loke et al, Linjär polarisationstillståndskodning för Ising-beräkningar med optiskt injektionslåsta VCSEL:er, Journal of Optical Microsystems (2023). DOI:10.1117/1.JOM.4.1.014501
Tillhandahålls av SPIE
