Канадці зібрали «копійчаний» аналог квантового комп'ютера для вирішення задач оптимізації

Вчені з Університету Квінс у Кінгстоні створили програмовану фотонну машину Ізінга, яка працює при кімнатній температурі та годинами зберігає стабільність. Установку можна назвати «копійчаним» аналогом квантових комп'ютерів компанії D-Wave, оскільки вони вирішують схожі задачі комбінаторної оптимізації. Але різниця в ціні, надійності та вартості обслуговування університетської установки та систем D-Wave колосальна, і не на користь останніх.

Джерело зображень: Nature 2025

Платформа вчених побудована на базі оптоелектронного генератора світлових імпульсів з використанням доступних у продажу компонентів для оптичного телекомунікаційного обладнання: лазерів, модуляторів світла на тонкоплівковому ніобаті літію, напівпровідникового оптичного підсилювача та електроніки для цифрової обробки сигналів. У своїй основі обчислювач працює на базі так званої моделі Ізінга, яка в оригіналі використовує мініатюрні магніти, тільки замість них університетська установка спирається на імпульси світла.

Модель Ізінга дозволяє вирішувати складні задачі комбінаторної оптимізації — це, перш за все, знаменита задача комівояжера, якому потрібно знайти оптимальний маршрут для відвідування безлічі адрес з мінімальними витратами на шлях. Але вона також дозволяє прискорити розрахунки з розбиттям чисел і навіть з синтезом білків. Рішення виникає в процесі природного (фізичного) прагнення системи до мінімального значення енергії, що й буде відповіддю на поставлену задачу. Виконання таких задач кріогенною квантовою платформою D-Wave та іншими подібними називається квантовим відпалом.

Університетська установка робить те ж саме, тільки кожен її обчислювальний елемент — віртуальний спін — представлений імпульсом світла в петлі з хитрим управлінням. Завдання кодується імпульсами світла та запускається в систему, де вони циркулюють до досягнення мінімальної енергії, що виражається у вигляді залишкової послідовності імпульсів на виході. Установка оперує 256 спінами, які допускають 65 536 зв'язків «всіх з усіма». Системам D-Wave, які в мільйони разів дорожчі, такий масштаб поки навіть не снився.

Очевидно, це можна реалізувати не для всіх задач, але ніхто не заважає розвитку розробки. На відміну від платформ D-Wave, запропонована вченими установка працює при кімнатній температурі та залишається стабільною годинами, а не протягом лічених мілісекунд, як квантові системи тієї ж D-Wave.

Створена вченими машина досягла рекордної продуктивності — понад 200 GOPS (гігаоперацій на секунду) при взаємодії спінів та нелінійній обробці. Розробка відкриває шлях до практичного, масштабованого та енергоефективного аналогового обчислювача для задач оптимізації, логістики, криптографії, дизайну ліків та нейроморфних обчислень.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки