“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

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.