Десетилетия наред решението на по-трудните проблеми беше „да се построи по-голям компютър“ – но какво правим, ако това изобщо не е правилната стратегия?

Причината е, че някои проблеми надвиват компютрите не защото са загадъчни, а просто защото има прекалено много възможни отговори.

От създаването на нови лекарства до разбиването на криптографски кодове, броят на възможните варианти нараства толкова бързо, че дори най-бързите машини в света не могат да ги проверят всички. Сега изследователи от Queen’s University са създали различен вид компютър – такъв, който използва светлина вместо електроника, за да преодолее този проблем.

Създадена от обикновен интернет хардуер и работеща при стайна температура, машината показва, че самата физика може да се използва като пряк път към иначе невъзможни проблеми. „Представяме програмируема, стабилна, работеща при стайна температура машина на Изинг, базирана на оптоелектронен осцилатор (OEO)“, отбелязват авторите на проучването.

Машината на Изинг е специален вид компютър, предназначен за решаване на оптимизационни проблеми – проблеми, при които целта е да се намери най-доброто решение сред огромно количество възможности. Много проблеми от реалния свят – като сгъване на протеини, криптография, маршрутизиране на трафика или вериги за доставки – са свързани с оптимизационни проблеми. сновният проблем е, че с нарастването на такъв проблем броят на възможните решения нараства експоненциално до такава степен, че дори квантовите компютри и суперкомпютрите се затрудняват да се справят.

Например, представете си голяма куриерска компания, която планира маршрути за своите партньори за доставки. С всяка допълнителна спирка, добавена към маршрута, броят на възможните начини за организиране на тези доставки се увеличава драстично.

„При пет спирки има само 12 възможни маршрута. При 10 спирки има 180 000. При 20 спирки има повече от 60 милиона милиарда варианта. Увеличете броя на 50 и проверката на всяка възможност ще отнеме повече време от възрастта на Вселената“, обяснява Бхавин Шастри, един от авторите на проучването и доцент в Queen’s University.

За да се справят с този проблем, изследователите се обърнаха към вековна идея от физиката, наречена модел на Изинг. В този модел проблемът се представя като съвкупност от миниатюрни магнити, наречени спинове, които могат да сочат нагоре или надолу. Системата естествено се стреми да достигне състоянието с най-ниска енергия, което съответства на най-доброто решение на проблема.

Интересното е, че за своето проучване, вместо истински магнити, изследователите са използвали светлинни импулси. В тяхната машина всеки „спин“ се представя чрез наличието или отсъствието на светлинен импулс.

Тези импулси циркулират през верига, съставена от стандартни лазери, оптични кабели и модулатори – същите компоненти, които вече пренасят данни в интернет. Като взаимодействат многократно, светлинните импулси се влияят взаимно и постепенно се установяват в стабилен модел.

Този краен модел кодира добро решение на проблема, подобно на група хора, които бързо обменят мнения, докато достигнат консенсус.

Този подход има две основни предимства. Първо, светлината се движи невероятно бързо, което позволява на системата да изпълнява милиарди операции в секунда. Второ, за разлика от много експериментални изчислителни системи, които изискват ултраниски температури или екзотични материали, тази машина работи при стайна температура. Това я прави много по-енергийно ефективна и практична.

Според изследователите, използвайки само пет основни компонента, „нашата архитектура решава напълно свързани проблеми с до 256 спина (65 536 свързвания) и >41 000 спина (205 000+ свързвания), ако са редки“, като вече превъзхожда други оптични машини на Изинг, които струват много повече и често се разпадат след милисекунди.

Освен това системата остава стабилна в продължение на часове, което ѝ дава достатъчно време да изследва сложни проблеми с десетки хиляди променливи.

Снимка: Pexels/Nayem Al-Kayed et al./Nature (2025)

Виж още: Windows ъпдейт предизвика хаос в геймърските компютри по цял свят и Nvidia препоръча да го махнете