Een lasersysteem dat draaiende lichtdeeltjes genereert, zou kunnen leiden tot de krachtige rekenkracht die nodig is om complexe biologische problemen op te lossen. Het systeem, wat beter is dan de vorige, staat beschreven in het journaal Kwantumwetenschap en technologie .

Sommige problemen zijn te groot en te complex om zelfs door moderne computers op te lossen. Het handelsreizigersprobleem is een typisch voorbeeld. Dit probleem vraagt:Gegeven een lijst met steden en afstanden tussen elk paar, wat is de kortst mogelijke route die elke stad aandoet en terugkeert naar de stad van herkomst? Naarmate het aantal te bezoeken steden toeneemt, het mogelijke aantal routes om uit te kiezen exponentieel hoger wordt, steeds meer tijd nodig hebben om op te lossen. Een moderne computer zou een miljard jaar nodig hebben om een ​​probleem met 60 steden op te lossen.

Om complexe problemen sneller op te lossen, natuurkundigen wenden zich tot spinsystemen, dit zijn vereenvoudigde modellen die de interacties tussen deeltjes in een materiaal beschrijven. In het "XY-model" van een spinsysteem, deeltjes vormen vortex-achtige patronen rond meerdere brandpunten. Stel je meerdere afvoeren voor in een groot bad, met unidirectionele waterstromen die door elke afvoer gaan. Complexe problemen waarbij directionele gegevens betrokken zijn, kunnen worden gesimuleerd door een fysiek systeem te creëren dat dit XY-model emuleert.

Dit soort systeem zou kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld, om de hoeken tussen bindingen in een eiwit te voorspellen, bepalen hoe het wordt gevouwen, voor de ontdekking en synthese van geneesmiddelen. Het zou de tijd die nodig is om complexe probabilistische berekeningen uit te voeren aanzienlijk kunnen verminderen.

Natuurkundige Yutaka Takeda van de Tokyo University of Science en collega's in Japan verbeterden een experimentele opstelling die het XY-model emuleert. Hun ontwerp is voorzien van een lasersysteem dat pulsen van lichtdeeltjes genereert in een holte van een kilometer lange optische vezel. De pulsen worden gegenereerd met behulp van een "niet-ontaard optisch parametrisch oscillatornetwerk, " die uiteindelijk 5 genereert, 000 draaien, d.w.z. stromen van lichtdeeltjes die naar beneden gaan 5, 000 verschillende afvoeren, binnen de holte. Het maakt lange simulaties van meerdere minuten mogelijk binnen een stabiel systeem. Dit is een verbetering ten opzichte van eerdere oscillatoren die slechts 100 spins produceerden en simulatietijden die beperkt waren tot enkele tientallen milliseconden.

Het team toonde aan dat de ronddraaiende lichtdeeltjes in de optische vezelholte nauwkeurig overeenkomen met een XY-model.

"We hopen dat ons werk onderzoek zal motiveren in berekeningen met fysieke systemen en in algoritmen die continue en directionele gegevens omvatten, ’ concluderen de onderzoekers.