Un sistema laser che genera particelle luminose rotanti potrebbe portare al forte tipo di potenza computazionale necessaria per risolvere problemi biologici complessi. Il sistema, che migliora le precedenti, è descritto nel giornale Scienza e tecnologia quantistica .

Alcuni problemi sono troppo grandi e complessi per essere risolti anche dai computer moderni. Il problema del commesso viaggiatore è un tipico esempio. Questo problema chiede:dato un elenco di città e distanze tra ciascuna coppia, qual è il percorso più breve possibile che visita ogni città e fa ritorno alla città di origine? All'aumentare del numero di città da visitare, il numero possibile di percorsi tra cui scegliere diventa esponenzialmente più alto, impiegando sempre più tempo per risolverli. Un computer moderno impiegherebbe un miliardo di anni per risolvere un problema di 60 città.

Per cercare di risolvere problemi complessi più velocemente, i fisici si stanno rivolgendo ai sistemi di spin, che sono modelli semplificati che descrivono le interazioni tra le particelle in un materiale. Nel "modello XY" di un sistema di spin, le particelle formano modelli simili a vortici attorno a più punti focali. Immagina diversi scarichi in una grande vasca da bagno, con flussi d'acqua unidirezionali che scendono lungo ogni scarico. È possibile simulare problemi complessi che coinvolgono dati direzionali creando un sistema fisico che emuli questo modello XY.

Questo tipo di sistema potrebbe essere utilizzato, Per esempio, prevedere gli angoli tra i legami all'interno di una proteina, determinare come è piegato, per la scoperta e la sintesi di farmaci. Potrebbe ridurre significativamente il tempo necessario per condurre calcoli probabilistici complessi.

Il fisico Yutaka Takeda della Tokyo University of Science e colleghi in Giappone hanno migliorato un set sperimentale che emula il modello XY. Il loro design prevede un sistema laser che genera impulsi di particelle luminose all'interno di una cavità in fibra ottica lunga un chilometro. Gli impulsi sono generati utilizzando una "rete di oscillatori parametrici ottici non degeneri, " che alla fine genera 5, 000 giri, cioè flussi di particelle leggere che scendono 5, 000 diversi scarichi, all'interno della cavità. Consente lunghe simulazioni di diversi minuti all'interno di un sistema stabile. Ciò migliora i precedenti oscillatori che producevano solo 100 giri e tempi di simulazione limitati a diverse decine di millisecondi.

Il team ha dimostrato che le particelle luminose rotanti all'interno della cavità della fibra ottica corrispondono esattamente a un modello XY.

"Speriamo che il nostro lavoro possa motivare la ricerca nel calcolo con sistemi fisici e negli algoritmi che coinvolgono dati continui e direzionali, " concludono i ricercatori.