Створено перший у світі оптичний аналоговий комп'ютер: працює на фотонах і електронах

Дослідницька лабораторія Microsoft у Кембриджі представила перший у світі аналоговий оптичний комп'ютер, який обіцяє блискавично розв'язувати проблеми оптимізації, ідеться в пресрелізі ІТ-гіганта. Комп'ютер використовує фотони та електрони для обробки безперервних даних замість того, щоб стискати їх у двійкові біти за допомогою транзисторів.

Суть проєкту, який було завершено за допомогою банку Barclays, у тому, щоб якнайшвидше розв'язувати оптимізаційні проблеми, що наростають у міру розвитку фінансових і логістичних послуг. Проблеми оптимізації оточують нас всюди, чи то управління електрикою в мережі, чи то доставка товарів до вашого порогу зі складу продавця. Оптимізація передбачає використання найменших ресурсів для максимізації віддачі від процесів. Однак навіть найшвидші комп'ютери у світі можуть витратити роки на їх розв'язання, щойно розмір проблеми зросте.

Що не так із сучасною оптимізацією

Автори проєкту наводять як приклад класичну "проблему комівояжера". Цей умовний підприємець постійно шукає оптимальний маршрут для відвідування переліку міст, перш ніж повернутися у вихідну точку. При розрахунку для п'яти міст йому можна вибрати 12 можливих маршрутів. Однак у міру зростання кількості міст потенційні маршрути розширюються в геометричній прогресії, що робить підрахування оптимальних і економних маршрутів просто нереальним — не вистачає обчислювальних можливостей.

Сьогодні фахівці використовують евристичні алгоритми, які можуть дати приблизні розв'язання логістичних проблем. Однак навіть з їхнім спеціалізованим обладнанням цей підхід не дає практичної альтернативи звичайним комп'ютерам, які обмежені своєю бінарною абстракцією завдань.

Що придумали в Microsoft

Дослідницька група ІТ-гіганта пропонує більш виразну абстракцію, що дає змогу використовувати змішані змінні, як бінарні, так і безперервні, для вирішення завдань оптимізації. Команда домоглася цього за допомогою аналогового оптичного комп'ютера, який вони називають Analog Interactive Machine (AIM).

Вчені застосували здатність фотонів взаємодіяти не один з одним, а з матерією, через яку вони подорожують, для виконання простих математичних операцій, як-от додавання і множення.

Створивши фізичну систему, що використовує оптику та електроніку для виконання векторно-матричного множення, команда знайшла спосіб ефективно і швидко виконувати обчислення, необхідні для пошуку розв'язання задач оптимізації. Крім того, компоненти цієї системи були мініатюризовані, щоб вмістити крихітні мікросхеми сантиметрового масштабу, що робить AIM зовсім невеликим.

Як проходять випробування оптичного комп'ютера AIM

Щоб випробувати свій незвичайний комп'ютер у реальному світі дослідники Microsoft з британським банком Barclays, для тестування додатків на фінансових ринках. Розрахунки за міжбанківськими операціями здійснюються в клірингових палатах, які щодня обробляють сотні тисяч операцій. У міру масштабування банківських транзакцій розрахунки займають все більше часу, що є реальною проблемою оптимізації.

Команда Microsoft вже успішно оптимізувала розрахунки з базовою моделлю AIM і зараз команда працює над масштабуванням комп'ютера, щоб він міг обробляти більшу кількість змінних і більше даних.

Microsoft вважає, що їхній оптичний комп'ютер може буквально відкрити спектр можливостей для дослідників, а також скоротити ресурси, що витрачаються на виконання складних обчислень.

Раніше Фокус писав, що найточніший у світі квантовий комп'ютер на підході: вчені отримали ключову "деталь".