“Menggandakan” Sinyal Cahaya Dapat Menjadi Kunci untuk Komputer Optik Sangat Kuat

Jenis baru komputasi optik dapat memecahkan masalah yang sangat kompleks yang berada di luar jangkauan superkomputer terkuat sekalipun.

Kelas penting dari masalah komputasi yang menantang, dengan aplikasi dalam teori grafik, jaringan saraf, kecerdasan buatan, dan kode koreksi kesalahan dapat diselesaikan dengan mengalikan sinyal cahaya, menurut para peneliti di Universitas Cambridge dan Institut Sains dan Teknologi Skolkovo di Rusia . .

Dalam artikel yang diterbitkan di jurnal Surat Review Fisik, usulkan jenis komputasi baru yang dapat merevolusi komputasi analog dengan secara dramatis mengurangi jumlah sinyal cahaya yang dibutuhkan dengan menyederhanakan pencarian solusi matematika terbaik, yang memungkinkan komputasi optik ultra cepat.

Komputasi optik atau fotonik menggunakan foton yang dihasilkan oleh laser atau dioda untuk komputasi, tidak seperti komputer konvensional yang menggunakan elektron. Karena foton pada dasarnya tidak bermassa dan dapat bergerak lebih cepat daripada elektron, komputer optik akan menjadi supercepat, hemat energi, dan mampu memproses informasi secara bersamaan melalui beberapa saluran optik spasial atau temporal.

Elemen komputer dalam komputer optik – alternatif dari yang dan nol dari komputer digital – diwakili oleh fase berkelanjutan dari sinyal cahaya, dan kalkulasi biasanya dilakukan dengan menambahkan dua gelombang cahaya yang berasal dari dua sumber berbeda. Kemudian proyeksikan hasilnya ke status ‘0’ atau ‘1’.

Denyut Cahaya Optik Komputer

Skema interaksi pulsa cahaya seperti komputer optik yang diusulkan memecahkan masalah pengoptimalan biner orde tinggi. Fase cahaya yang berasal dari pulsa cahaya berbeda bergabung untuk mengubah fase setiap pulsa cahaya hingga solusi ditemukan. Kredit: Gleb Berloff

Namun, kehidupan nyata menghadirkan masalah yang sangat nonlinier, di mana beberapa orang asing secara bersamaan mengubah nilai orang asing lainnya saat mereka berinteraksi lebih banyak. Dalam hal ini, pendekatan tradisional untuk komputasi optik yang menggabungkan gelombang cahaya secara linier gagal.

Sekarang, Profesor Natalia Berloff dari Cambridge Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics dan mahasiswa doktoral Nikita Stroev dari Skolkovo Institute of Science and Technology telah menemukan bahwa sistem optik dapat menggabungkan cahaya dengan mengalikan fungsi gelombang. Yang mendeskripsikan gelombang cahaya alih-alih menambahkannya dan mungkin mewakili jenis koneksi yang berbeda antara gelombang cahaya.

Mereka mengilustrasikan fenomena ini dengan partikel semu yang disebut polariton – yang merupakan setengah cahaya dan setengah materi – sambil memperluas gagasan tersebut ke kelas sistem optik yang lebih besar seperti pulsa cahaya dalam sebuah serat. Pulsa kecil atau gumpalan polariton yang koheren dan bergerak super dapat dibuat di ruang angkasa dan ditumpangkan satu sama lain secara nonlinear, karena komponen material dari polariton.

“Kami menemukan bahwa bahan utamanya adalah bagaimana memasangkan legum satu sama lain,” kata Stroev. “Jika Anda memiliki kopling dan intensitas cahaya dengan benar, cahaya berlipat ganda, mempengaruhi fase pulsa individu, memberikan jawaban untuk masalah tersebut. Ini memungkinkan Anda menggunakan cahaya untuk memecahkan masalah nonlinier.”

Perkalian gelombang berfungsi untuk menentukan fase sinyal cahaya pada setiap elemen sistem optik ini yang berasal dari non linieritas yang terjadi secara alami atau yang masuk ke dalam sistem secara eksternal.

“Apa yang mengejutkan adalah bahwa tidak perlu memproyeksikan fase cahaya berkelanjutan ke status” 0 “dan” 1 “yang diperlukan untuk memecahkan masalah dalam variabel biner,” kata Stroev. “Namun, sistem cenderung membawa keadaan ini ke akhir pencariannya untuk konfigurasi energi minimum. Ini adalah properti yang berasal dari perkalian sinyal cahaya. Sebaliknya, mesin optik sebelumnya membutuhkan eksitasi resonansi yang memperbaiki fase. ke nilai biner secara eksternal ”.

Penulis juga menyarankan dan menerapkan cara untuk memandu lintasan sistem menuju solusi dengan mengubah sementara gaya kopling sinyal.

“Kami akan mulai mengidentifikasi berbagai kelas masalah yang dapat diselesaikan secara langsung dengan prosesor fisik khusus,” kata Berloff, yang juga memegang posisi di Institut Sains dan Teknologi Skolkovo. “Masalah pengoptimalan biner tingkat tinggi adalah salah satu dari kelas ini, dan sistem optik bisa sangat efisien dalam menyelesaikannya.”

Ada juga beberapa tantangan yang harus dihadapi sebelum komputasi optik dapat menunjukkan keunggulannya dalam memecahkan masalah yang sulit dibandingkan dengan komputer elektronik modern: pengurangan kebisingan, koreksi kesalahan, peningkatan skalabilitas, mendorong sistem ke solusi yang lebih baik adalah di antaranya.

“Mengubah kerangka kerja kami untuk secara langsung mengatasi berbagai jenis masalah dapat mendekati mesin komputasi optik untuk memecahkan masalah dunia nyata yang tidak dapat diselesaikan oleh komputer klasik,” kata Berloff.

Referensi: “Pengoptimalan Polinomial Diskrit dengan Jaringan Kondensasi Koheren dan Perubahan Kopling Kompleks” oleh Nikita Stroev dan Natalia G. Berloff. 5 Februari 2021, Surat Review Fisik.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.050504

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Patch Kulit Baru Terus Melacak Sinyal Kardiovaskular dan Tingkat Biokimia

Tambalan lembut dan memanjang ini dapat memantau tekanan darah pembawa dan tingkat biokimia pada saat yang bersamaan. Kredit: lab Wang / UC San...

Badan Antariksa Eropa sedang merencanakan misi untuk menjelajahi gua-gua di Bulan

Memasuki tabung lava bulan. Permukaan Bulan ditutupi oleh jutaan kawah, tetapi juga memiliki ratusan lubang berdinding curam yang dikenal sebagai lubang. Seperti...

Pola Mayer memfasilitasi penemuan lapisan isolasi baru yang tidak terduga

Pola moiré dibentuk oleh dua jaring sarang lebah. Kredit: Microwave Nano-Electronics Lab, UC Riverside Studi yang dipimpin UC Riverside mengamati fase isolasi yang tidak...

Retrovirus Mendaur Ulang Genom Koala dan Kanker

Koala di Hutan. Uang: A. Gillett Koala retrovirus (KoRV) adalah virus yang, seperti ARV lain, menginfeksi dirinya sendiri DNA dari kulit yang terinfeksi. ...

Jendela Pandu Gelombang Surya Bercahaya Menghasilkan Energi Dari Dalam dan Dari Luar

Insinyur Universitas Rice telah merancang dan membangun jendela yang mengarahkan sinar matahari atau pencahayaan dari dalam ke sel surya berpita tepi. Lapisan tengah...

Newsletter

Subscribe to stay updated.