Разработен е мощен нов вид изчислителна машина, която използва светлина, за да се справи със сложни проблеми като сгъване на протеини (за откриване на лекарства) и целочислено разлагане на числа (за криптография). Изградена от готови компоненти, машината работи и при стайна температура и остава забележително стабилна, докато извършва милиарди операции в секунда.
Изследването на учени от университета Куинс е публикувано в Nature.
Постижението показва, че е възможно да се изгради практична и мащабируема машина, която може да се справи с изключително трудни проблеми.
Проектът, ръководен от Бхавин Шастри (Bhavin Shastri), изследовател по невроморфни фотонни изчисления и професор в катедрата по физика, инженерна физика и астрономия, с екип от негови докторанти, използва комерсиално достъпни лазери, оптични влакна и модулатори – същата технология, която захранва днешната интернет инфраструктура. Екипът си партнира с изследователя от университета Макгил Дейвид Плант.
Тъй като машината работи на стайна температура, тя консумира значително по-малко енергия от други съвременни изчислителни системи. По време на тестовете машината на екипа се е доказала като стабилна за дълги периоди, работейки с часове, което я прави подходяща за решаване на проблеми, изискващи повтарящи се стъпки.
Графично резюме. Източник: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09838-7
Преосмисляне на стара концепция
Процесорът е базиран на модела на Изинг, който представя задачите като взаимодействащи магнити със "спинове" (завъртания), насочени нагоре или надолу. Подобно на начина, по който магнитите естествено се подравняват, когато се приближат, Изинг търси състояние с най-ниска енергия – математически еквивалентно на намирането на най-доброто решение на труден оптимизационен проблем. Макар и прост, моделът е мощен за решаване на проблеми с много взаимосвързани двоични (нагоре/надолу или да/не) избори.
Системата използва светлинни импулси, които действат като магнити – но вместо двоична система нагоре или надолу, има или светлинен импулс, или липса на такъв. Импулсите се движат през цикъл, взаимодействат и постепенно се установяват в конфигурация, която представлява добро решение, подобно на група, постигаща консенсус след много бързи обмени.
"Това е начин да превърнем светлината в средство за решаване на задачи", обяснява д-р Шастри.
Светлината решава сложни задачи, изследвайк енергийния пейзаж в търсене на баланс. Кредит: Shastri Lab/Queen’s University
Скритото предизвикателство зад ежедневните решения
Ако някога сте чакали да пристигне пакет, значи сте се сблъсквали с малка част от изключително труден проблем. Компаниите за онлайн продажби и логистика трябва да намерят най-добрия маршрут за милиони пакети, доставяни всеки ден. В зависимост от броя на спирките, общият брой на възможните маршрути се увеличава бързо. Намирането на най-добрия става все по-трудно.
"С пет спирки има само 12 възможни маршрута. С 10 спирки има 180 000. С 20 спирки има повече от 60 милиона милиарда опции. Увеличете броя до 50 и проверката на всяка възможност ще отнеме повече време от възрастта на Вселената", обяснява д-р Шастри.
Този вид предизвикателство – избирането на най-добрия вариант от огромен брой възможности – се нарича задача за оптимизация. Наред с веригите за доставки, той се проявява и в дизайна на лекарства, градското планиране и много други области. В момента повечето съвременни компютри, включително квантовите машини, трудно успяват да се сравнят с компютъра на лабораторията на Шастри по отношение на оптимизацията.
Изработен по позната технология при стайна температура
Това, което най-много отличава машината на екипа от нейните конкуренти, е комбинацията от простота и производителност. Екипът използва само пет основни компонента, за да изгради машина, която постига 256 спина, превъзхождайки подобни търговски усилия с милиарди долари финансиране. Невероятната стабилност на системата ѝ позволява да изследва по-сложни проблеми в сравнение с други оптични машини на Изинг, чиито спинове често се сриват след милисекунди.
Системата интегрира и техники, традиционно използвани в компютърните системи, които надеждно пренасят интернет данни на дълги разстояния. Тя работи при стайна температура и остава стабилна достатъчно дълго, за да се справи с проблеми с десетки хиляди променливи.
По-ранни опити за подобни системи често са изисквали изключително ниски температури или специализирани материали и са да работели само за кратки периоди от време. Работата при обикновени температури е от значение, защото използва по-малко енергия и прави технологията по-практична и мащабируема.
Практически път напред
Екипът на лабораторията на Шастри продължава да работи по подобряването на системата. Следващите ключови стъпки включват мащабиране, системна интеграция, увеличаване на броя на спиновете и повишаване на енергийната и разходната ефективност. Те също така ще се стремят да разработят пилотни проекти с индустриални партньори, за да приложат тази нова технология в реални приложения.
Справка: Nayem Al-Kayed et al, Programmable 200 GOPS Hopfield-inspired photonic Ising machine, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09838-7
Източник: Light-based Ising computer runs at room temperature and stays stable for hours, Queen’s University
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Niko Kolev
"Ад" на Данте описва удар на астероид 500 години преди съвременната наука
dolivo
10-годишно момиче открива рядък мексикански аксолотъл. Какво знаем за тези животни
dolivo
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване
Цветан Радев
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване