In ons datagedreven tijdperk is het efficiënt oplossen van complexe problemen cruciaal. Traditionele computers worstelen echter vaak met deze taak bij het omgaan met een groot aantal op elkaar inwerkende variabelen, wat leidt tot inefficiënties zoals het Von Neumann-knelpunt. Er is een nieuw type collectieve state computing ontstaan ​​om dit probleem aan te pakken door deze optimalisatieproblemen in kaart te brengen in iets dat het Ising-probleem in het magnetisme wordt genoemd.

Zo werkt het:Stel je voor dat je een probleem voorstelt als een grafiek, waarbij knooppunten met elkaar zijn verbonden door randen. Elk knooppunt heeft twee toestanden, +1 of -1, die de mogelijke oplossingen vertegenwoordigen. Het doel is om de configuratie te vinden die de totale energie van het systeem minimaliseert, op basis van een concept dat Hamiltoniaan wordt genoemd.

Onderzoekers onderzoeken fysieke systemen die beter kunnen presteren dan traditionele computers om de Ising Hamiltoniaan efficiënt op te lossen. Eén veelbelovende aanpak omvat het gebruik van op licht gebaseerde technieken, waarbij informatie wordt gecodeerd in eigenschappen zoals polarisatietoestand, fase of amplitude. Deze systemen kunnen snel de juiste oplossing vinden door gebruik te maken van effecten zoals interferentie en optische feedback.

In een studie gepubliceerd in het Journal of Optical Microsystems Onderzoekers van de Nationale Universiteit van Singapore en het Agentschap voor Wetenschap, Technologie en Onderzoek hebben gekeken naar het gebruik van een systeem van oppervlakte-emitterende lasers met verticale holte (VCSEL's) om Ising-problemen op te lossen. In deze opstelling wordt informatie gecodeerd in de lineaire polarisatietoestanden van de VCSEL's, waarbij elke toestand overeenkomt met een mogelijke oplossing.

De lasers zijn met elkaar verbonden en de interacties daartussen coderen de structuur van het probleem.

De onderzoekers testten hun systeem op bescheiden 2-, 3- en 4-bit Ising-problemen en vonden veelbelovende resultaten. Ze identificeerden echter ook uitdagingen, zoals de behoefte aan minimale VCSEL-lasanisotropie, die in de praktijk moeilijk te bereiken kan zijn. Niettemin zou het overwinnen van deze uitdagingen kunnen leiden tot een volledig optische, op VCSEL gebaseerde computerarchitectuur die in staat is problemen op te lossen die momenteel buiten het bereik van traditionele computers liggen.

Meer informatie: Brandon Loke et al, Lineaire polarisatiestatuscodering voor Ising-computergebruik met optisch injectie-vergrendelde VCSEL's, Journal of Optical Microsystems (2023). DOI:10.1117/1.JOM.4.1.014501

Geleverd door SPIE