Forskere udvikler en computer fra en række VCSEL'er med optisk feedback

I vores datadrevne æra er det afgørende at løse komplekse problemer effektivt. Traditionelle computere kæmper dog ofte med denne opgave, når de beskæftiger sig med et stort antal interagerende variabler, hvilket fører til ineffektivitet som von Neumann-flaskehalsen. En ny type kollektiv statsberegning er dukket op for at løse dette problem ved at kortlægge disse optimeringsproblemer på noget, der kaldes Ising-problemet i magnetisme.

Sådan fungerer det:Forestil dig at repræsentere et problem som en graf, hvor noder er forbundet med kanter. Hver knude har to tilstande, enten +1 eller -1, der repræsenterer de potentielle løsninger. Målet er at finde den konfiguration, der minimerer systemets samlede energi baseret på et koncept kaldet en Hamiltonian.

Forskere udforsker fysiske systemer, der kan overgå traditionelle computere for at løse Ising Hamiltonian effektivt. En lovende tilgang involverer at bruge lysbaserede teknikker, hvor information kodes til egenskaber som polarisationstilstand, fase eller amplitude. Disse systemer kan hurtigt finde den rigtige løsning ved at udnytte effekter som interferens og optisk feedback.

I en undersøgelse offentliggjort i Journal of Optical Microsystems , så forskere fra National University of Singapore og Agenturet for Videnskab, Teknologi og Forskning på at bruge et system af vertikal-hulrum overflade-emitterende lasere (VCSEL'er) til at løse Ising-problemer. I denne opsætning er information kodet i de lineære polarisationstilstande af VCSEL'erne, hvor hver tilstand svarer til en potentiel løsning.

Laserne er forbundet med hinanden, og interaktionerne mellem dem koder for problemets struktur.

Forskerne testede deres system på beskedne 2-, 3- og 4-bit Ising-problemer og fandt lovende resultater. De identificerede dog også udfordringer, såsom behovet for minimal VCSEL-laserende anisotropi, hvilket kan være svært at opnå i praksis. Ikke desto mindre kan overvindelse af disse udfordringer føre til en helt optisk VCSEL-baseret computerarkitektur, der er i stand til at løse problemer, der i øjeblikket er uden for rækkevidde for traditionelle computere.

Flere oplysninger: Brandon Loke et al., Lineær polariseringstilstandskodning til Ising-databehandling med optisk injektionslåste VCSEL'er, Journal of Optical Microsystems (2023). DOI:10.1117/1.JOM.4.1.014501

Leveret af SPIE