Οι Καναδοί δημιούργησαν ένα «χαλκοπλασμένο» πρωτότυπο ενός κβαντικού υπολογιστή για εργασίες βελτιστοποίησης

Νέα φωτονική μηχανή Ισίνγ από το Πανεπιστήμιο Κουίνς

Οι επιστήμονες του Queen’s University στο Kingston (Βρετανία) ανέπτυξαν μια προγραμματιζόμενη φωτονατική πλατφόρμα που λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου και διατηρεί σταθερότητα για ώρες. Στην ουσία μοιάζει με τον κβαντικό υπολογιστή της D‑Wave, ο οποίος επιλύει προβλήματα συνδυαστικής βελτιστοποίησης, αλλά διαφέρει σημαντικά σε κόστος, αξιοπιστία και έξοδα συντήρησης.

Πώς λειτουργεί η εγκατάσταση
* Γεννήτρια οπτοηλεκτρονικής

Η πλατφόρμα χρησιμοποιεί τυπικά εξαρτήματα τηλεπικοινωνιών: λέιζερ, μεμονωτές μονάδες φιλμ-λεβάνου λιθίου, ημιαγωγικό οπτικό ενισχυτή και ψηφιακή επεξεργασία σήματος.

* Μοντέλο Ισίνγ

Αντί για παραδοσιακά μικροσκοπικά μαγνήτες (όπως στη κλασική μηχανή Ισίνγ) το σύστημα χρησιμοποιεί φωτεινά παλμούς. Κάθε «εικονικός σπιν» είναι ένας ξεχωριστός παλμός που κυκλοφορεί σε βρόχο με έλεγχο.

* Κωδικοποίηση του προβλήματος

Το πρόβλημα συνδυαστικής βελτιστοποίησης κωδικοποιείται ως ακολουθία παλμών. Μετά την εκκίνηση, αυτοί αλληλεπιδρούν μέχρι το σύστημα να φτάσει στην κατάσταση ελάχιστης ενέργειας – και αυτή η κατάσταση γίνεται η απάντηση του προβλήματος (π.χ., ο βέλτιστος δρόμος σε πρόβλημα ταξιδιώτη).

Τεχνικά χαρακτηριστικά
Δείκτης Τιμή Αριθμός σπινών 256 Δυνατές συνδέσεις 65 536 «όλοι-με-όλους» Απόδοση >200 GOPS (γίγα λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο) με αλληλεπίδραση σπινών και μη γραμμική επεξεργασία
Για σύγκριση, οι σύγχρονες κβαντικές πλατφόρμες D‑Wave κοστίζουν εκατομμύρια φορές πιο πολύ και λειτουργούν μόνο για λίγες χιλιοστά του δευτερολέπτου ανά λύση.

Γιατί είναι σημαντικό
* Θερμοκρασία δωματίου – το σύστημα δεν χρειάζεται κρυοποίηση.

* Μακροπρόθεσμη σταθερότητα – λειτουργεί ώρες, όχι χιλιοστά του δευτερόλεπτου.

* Οικονομικότητα – σημαντικά φθηνότερα και πιο εύκολα στη συντήρηση από τα κβαντικά αντίστοιχα.

Πιθανές εφαρμογές
* Βελτιστοποίηση διαδρομών (λογιστική, μεταφορές)

* Υπολογισμός παραγοντοποίησης αριθμών

* Συνθετική πρωτεϊνών και φαρμακευτικός σχεδιασμός

* Κρυπτογραφία και ασφάλεια δεδομένων

* Νευρομορφικές υπολογιστικές διαδικασίες

Η πανεπιστημιακή εγκατάσταση ανοίγει την προοπτική δημιουργίας πρακτικών, κλιμακώσιμων και ενεργειακά αποδοτικών αναλογικών υπολογιστών για ένα ευρύ φάσμα προβλημάτων βελτιστοποίησης.