Jauna datoru klase apvieno optiku un elektroniku; risina problēmas, kas ir pārāk izaicinošas tradicionālajiem datoriem

The Great Gildersleeve: Fish Fry / Gildy Stays Home Sick / The Green Thumb Club (Maijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Stanforda pētnieki izstrādā Ising mašīnas, lai atrisinātu "kombinatoriskās optimizācijas problēmas" un optimizētu kuģošanas un lidojumu maršrutus reālajā laikā

Nākamajos 10 vai 25 gados digitālie datori gatavojas sasniegt savu maksimālo apstrādes jaudu, atstājot noteiktu problēmu klāstu pilnībā neatrisinātu. Tagad pilnīgi jauna veida dators, ko sauc par Ising Machine, apvieno optiskās un elektriskās apstrādes jaudu, lai atrisinātu "kombinatoriskās optimizācijas problēmas" un atrast optimālo objektu ierobežotu objektu kopumā.

Ja tas ir veiksmīgi palielināts, iegūtais aprēķins reāllaikā varētu noteikt, kuras taksometas floti virzās uz maksu vai optimālu veidu, kā piegādāt pakas, raksta žurnāls Science, kas publicēts žurnālā Science .

"Šī ir mašīna, kas kādā ziņā ir pirmais savā klasē, un ideja ir tāda, ka tas paver pētniecības apakšnozare netradicionālo skaitļošanas tehnikas jomā", sacīja Peter McMahon, doktora zinātniskais līdzstrādnieks Stanfordas Universitātes pielietotā fizika un tā līdzautors.

Kombinatoriskās optimizācijas problēmas, īpašās problēmas, kuras risina Ising Machine, nav iespējams atrisināt ar tradicionālajiem datoriem. Optimāla trajektorijas aprēķināšana kļūst arvien sarežģītāka ar katru nākamo mainīgo lielumu, kas prasa pārrēķināt un salīdzināt visu pieejamo kombināciju - tāpat kā 256 bitu šifrēšanas atslēgas krekinga laikā viens mainīgais.

Viens no visaptverošākajiem "kombinatoriskās optimizācijas problēmas" piemēriem tiek saukts par "ceļojumu pārdevēju" problēmu, kurā pārdevējam ir jānosaka visefektīvākais ceļojuma maršruts, lai apmeklētu noteikto pilsētu vienu reizi pirms atgriešanās uz galamērķi. Pievienojot katru papildu pilsētu, atbildīgo maršrutu skaits ātri kļūst nekontrolējams.

"Šīs problēmas ir izaicinājums standarta datoriem, pat superkompānijām, jo, palielinoties izmēram, kādā brīdī viss vecums tiek meklēts, lai meklētu visus iespējamos risinājumus, " sacīja Alireza Marandi, bijušais pēcdiploma pētnieks Stanforda un viņas - pētījuma autore. "Tas ir taisnība pat ar superdatoru, jo iespēju pieaugums ir tik ātri."

Problēmu risināšana, piemēram, ceļojuma pārdevējs, var būt kritiska ietekme daudzās jomās, nodrošinot optimālus ceļojumus kravas piegādes veikšanai, minimizējot traucējumus bezvadu tīklos un pat nosakot, kā proteīni sakrīt. Ar pielāgojamiem potenciāliem komandas Ising mašīna ir priekštecis mašīnām, kas kādu laiku atrisinās šos izaicinājumus.

Ising mašīna, kas nosaukta pēc statistiskā mehānikas feromagnētisma matemātiskā modeļa, darbojas kā pārprogrammējams mākslīgo magnētu tīkls, kas darbojas ar zemu enerģiju un var tikai uz augšu vai uz leju. Ja savienojumi starp magnētu tīklu tiek ieprogrammēti, lai parādītu konkrētas problēmas, tad galīgais zemas enerģijas avots, kurā tie atrisina, nodrošina risinājumu. Bet, tā vietā, lai izmantotu magnētus uz režģa, Ising Machine izmanto īpašu lāzeru, ko sauc par deģenerētu optisko parametrisko oscilatoru, lai attēlotu augšupvērstu vai lejupvērstu "spin". Attiecībā uz pārdevēju problēmu lāzera impulsi raksturo pilsētas stāvokli ceļš, ko pārdevējs varētu uzņemties.

Svarīgi ir tas, ka Stanforda Ising mašīna varētu tikt paplašināta praktiskā un pieejamā versijā, nomainot kontrolējamos optiskos kavējumus ar digitālo elektronisko ķēdi. Tas ļauj optimizēt un programmēt optisko savienojumu starp impulsiem, kamēr lāzera sistēma to atrisina.

Šeit būtiski ir tas, ka gandrīz visi materiāli, ko izmanto Stanforda Ising mašīnas izgatavošanai, ir plaša patēriņa elementi, ko jau izmanto telekomunikācijām. Tā rezultātā ierīces paplašināšana praktiskā un vēl pieejamā versijā ir vienkārša. Dizaineriem ir jāaizstāj kontrolējamais kavējums ar digitālajām elektroniskajām shēmām, kas imulē optisko savienojumu starp impulsiem. Programmēšanas problēmas paliek tikpat viegli, kā iepriekš, bet lāzeris turpina tos atrisināt.

Stanforda mašīna šobrīd atrisina problēmas līdz pat 100 mainīgajiem ar jebkādu patvaļīgu savienojumu kopumu starp mainīgajiem lielumiem. Šādas spējas nepārsniedz tradicionālo ciparu datoru datu apstrādes jaudu pat tad, ja tiek risinātas kombinatoriskās optimizācijas problēmas. Bet, palielinoties mainīgajiem, datori, kas uzbūvēti kā Ising Machine, iegūs malu.

Avots: Stanford.edu