Нов клас компютри съчетава оптика и електроника; решава проблемите, твърде предизвикателни за традиционните изчисления

The Great Gildersleeve: Jolly Boys Gift / Bronco Disappears / Marjorie's Wedding (Юли 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Станфордските изследователи разработват машината Ising, за да решат "комбинаторни проблеми при оптимизацията" и да оптимизират маршрутите за корабоплаване и летене в реално време

Цифрови компютри са на път да достигнат своята максимална мощност на обработка в следващите 10 или 25 години, оставяйки определен клас проблеми напълно нерешени. Сега съвсем нов тип компютър, наречен Ising Machine, съчетава оптична и електрическа мощност за обработка, за да разреши "комбинаторни проблеми при оптимизацията" и да намери оптималния обект в комплект от ограничени обекти.

Ако успешно се увеличи, полученото изчисление може в реално време да определи кое такси в даден флот да се насочи към тарифа или оптималния начин за доставка на пакети, съобщава вестник, публикуван в списание Science .

"Това е машина, която в известен смисъл е първият в своя клас и идеята е, че тя открива под-област на изследване в областта на нетрадиционните изчислителни машини", каза Питър Макмеън, постдокторант в приложена физика в Станфордския университет и съавтор на статията.

Съвместните оптимизационни проблеми, специфичните проблеми, решени от Ising Machine, са невъзможни за решаване с традиционните компютри. Изчисляването на оптималната траектория става все по-сложно с всеки допълнителен слой въведени променливи, което изисква преизчисляване и сравняване на всяка налична комбинация - точно като напукване на 256-битов ключ за криптиране на една променлива във времето.

Един от най-изчерпателните примери на "комбинирания проблем с оптимизацията" се нарича проблемът "пътуващ търговец", при който продавачът трябва да определи най-ефективния маршрут за пътуване за посещение на определен брой градове веднъж, преди да се върне към местоназначението. С добавянето на всеки допълнителен град броят на отчетните маршрути бързо става неуправляем.

"Тези проблеми са предизвикателни за стандартните компютри, дори и за суперкомпютрите, защото с нарастването на размера в някакъв момент е необходимо ерата на вселената да търси всички възможни решения", казва Алиреза Маранди, бивш постдокторански учен в Станфорд. - автор на изследването. "Това е вярно дори при суперкомпютър, защото растежът на възможностите е толкова бърз."

Решаването на проблеми като пътуващия продавач може да има критично въздействие в широк спектър от области, осигурявайки оптимални пътеки за камиони за доставка, свеждане до минимум на смущенията в безжичните мрежи и дори определяне на начина на сгъване на протеините. С мащабируем потенциал, Ising Machine на екипа е предшественик на машините, които някога ще решат тези предизвикателства.

Наименуван на математически модел на фероманетизъм в статистическата механика, машината Ising действа като препрограмираща се мрежа от изкуствени магнити, които работят с ниска енергия и могат само да сочат нагоре или надолу. Ако връзките между мрежа от магнити са програмирани да представят специфични проблеми, тогава крайното нискоенергийно състояние, в което те се установяват, дава решение. Но вместо да използваме магнити в мрежата, машината Ising прилага специален лазер, наречен дегенериран оптичен параметричен осцилатор, който представлява въртенето нагоре или надолу. Що се отнася до проблема с продавача, импулсите на лазера представляват позицията на града в пътя, който продавачът може да предприеме.

Важното тук е, че машината Stanford Ising може да бъде разширена в практична и достъпна версия, като замени контролируемите оптични закъснения с цифрова електронна схема. Това позволява оптичната връзка между импулсите да бъде емулирана и програмирана, докато лазерната система го решава.

Това, което е важно тук, е, че почти всички материали, използвани за изграждането на Stanford Ising Machine, са вече използвани в телекомуникациите. В резултат на това разширяването на устройството в практична, но достъпна версия е проста. Дизайнерите трябва само да заменят контролируемите закъснения с цифрови електронни схеми, които емулират оптичната връзка между импулсите. Проблемите с програмирането остават също толкова лесно, колкото и преди, докато лазерът продължава да ги разрешава.

Машината на Станфорд понастоящем решава проблеми с до 100 променливи с произволен набор от връзки между променливите. Тази способност не надвишава мощността на обработка на традиционните цифрови компютри дори при решаване на комбиниращи проблеми с оптимизацията. Но тъй като променливите се увеличават, компютрите, изградени като Ising Machine, ще получат предимство.

Източник: Stanford.edu