Nella nostra era basata sui dati, risolvere problemi complessi in modo efficiente è fondamentale. Tuttavia, i computer tradizionali spesso hanno difficoltà a svolgere questo compito quando devono gestire un gran numero di variabili interagenti, il che porta a inefficienze come il collo di bottiglia di von Neumann. È emerso un nuovo tipo di calcolo degli stati collettivi per affrontare questo problema mappando questi problemi di ottimizzazione su qualcosa chiamato problema di Ising nel magnetismo.
Ecco come funziona:immagina di rappresentare un problema come un grafico, in cui i nodi sono collegati da bordi. Ogni nodo ha due stati, +1 o -1, che rappresentano le potenziali soluzioni. L'obiettivo è trovare la configurazione che minimizzi l'energia totale del sistema sulla base di un concetto chiamato hamiltoniano.
I ricercatori stanno esplorando sistemi fisici che potrebbero superare le prestazioni dei computer tradizionali per risolvere in modo efficiente l’Hamiltoniano di Ising. Un approccio promettente prevede l’utilizzo di tecniche basate sulla luce, in cui le informazioni sono codificate in proprietà come stato di polarizzazione, fase o ampiezza. Questi sistemi possono trovare rapidamente la soluzione corretta sfruttando effetti come interferenze e feedback ottico.
In uno studio pubblicato sul Journal of Optical Microsystems , i ricercatori dell'Università Nazionale di Singapore e dell'Agenzia per la scienza, la tecnologia e la ricerca hanno esaminato l'utilizzo di un sistema di laser a emissione superficiale a cavità verticale (VCSEL) per risolvere i problemi di Ising. In questa configurazione, le informazioni sono codificate negli stati di polarizzazione lineare dei VCSEL, dove ciascuno stato corrisponde a una potenziale soluzione.
I laser sono collegati tra loro e le interazioni tra loro codificano la struttura del problema.
I ricercatori hanno testato il loro sistema su modesti problemi Ising a 2, 3 e 4 bit e hanno trovato risultati promettenti. Tuttavia, hanno anche identificato delle sfide, come la necessità di un'anisotropia laser VCSEL minima, che potrebbe essere difficile da realizzare nella pratica. Tuttavia, il superamento di queste sfide potrebbe portare a un'architettura informatica completamente ottica basata su VCSEL in grado di risolvere problemi che sono attualmente fuori dalla portata dei computer tradizionali.
Ulteriori informazioni: Brandon Loke et al, Codifica dello stato di polarizzazione lineare per il calcolo Ising con VCSEL bloccati otticamente, Journal of Optical Microsystems (2023). DOI:10.1117/1.JOM.4.1.014501
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