Toshiba Corporation ha logrado un gran avance en la optimización combinatoria (la selección de las mejores soluciones entre una enorme cantidad de patrones combinatorios) con el desarrollo de un algoritmo que ofrece el rendimiento más rápido y a mayor escala del mundo. y una mejora de aproximadamente 10 veces con respecto a los métodos actuales. El nuevo método de Toshiba se puede aplicar a tareas tan desalentadoras pero esenciales como identificar rutas de entrega eficientes, determinar las estructuras moleculares más eficaces para investigar en el desarrollo de nuevos fármacos, y creación de carteras de productos financieros rentables.

La técnica recién desarrollada, el algoritmo de bifurcación simulada, Obtiene rápidamente soluciones aproximadas de alta precisión (buenas soluciones) para problemas complejos de optimización combinatoria a gran escala:problemas que se han resistido a la solución durante mucho tiempo, y que son muy difíciles de resolver utilizando técnicas convencionales. Potencialmente aún más importante, el algoritmo también se da cuenta de una excelente escalabilidad a un bajo costo utilizando computadoras actuales, que podría revolucionar los procesos de optimización actuales.

Toshiba utilizará el algoritmo de bifurcación simulada para construir una plataforma de servicio capaz de resolver rápidamente diversos problemas sociales y comerciales. con el objetivo de comercializar en 2019.

Los detalles de la nueva tecnología se publican en la revista académica en línea. Avances de la ciencia .

Muchos problemas solo pueden resolverse examinando una gran cantidad de opciones para encontrar las mejores combinaciones. Estos incluyen la realización de una logística eficiente (el problema del viajante en matemáticas), dirigir el tráfico para aliviar la congestión, aplicar el diseño molecular al desarrollo de fármacos, y optimización de carteras financieras. Hoy dia, realizar tal optimización combinatoria requiere una enorme cantidad de cálculo, y el uso de computadoras actuales para encontrar soluciones sigue siendo difícil.

Hay expectativas crecientes de que los dispositivos informáticos de próxima generación, como las computadoras cuánticas, abrirá el camino hacia mejores soluciones, y la investigación actual tiene como objetivo desarrollar computadoras especialmente diseñadas para la optimización combinatoria mediante el uso de circuitos superconductores, láseres y computadoras digitales basadas en semiconductores. A pesar de estos esfuerzos, sigue siendo un desafío aumentar el tamaño de los problemas solucionables y reducir el tiempo de cálculo.

Por ejemplo, Todavía es difícil para las computadoras cuánticas con circuitos superconductores resolver problemas complejos a gran escala. Y aunque las computadoras digitales basadas en semiconductores de hoy en día han facilitado el aumento del tamaño del problema solucionable, los algoritmos actuales para la optimización combinatoria son difíciles de paralelizar, lo que dificulta el uso de la computación paralela para acelerar la resolución de problemas.

Toshiba ha resuelto estos problemas mediante el desarrollo de un novedoso algoritmo de optimización combinatoria, el algoritmo de bifurcación simulada. Es altamente paralelizable, y, por lo tanto, puede acelerar fácilmente la resolución de problemas en una computadora digital estándar a través del cálculo paralelo. Dado que los actuales sistemas computacionales a gran escala se pueden utilizar tal cual, no es necesario instalar nuevos equipos, lo que facilita la ampliación a bajo costo.

Por ejemplo, mediante el uso de arreglos de puertas programables en campo (FPGA), una buena solución a un problema de optimización con 2, Se pueden obtener 000 variables completamente conectadas (aproximadamente 2 millones de conexiones) en solo 0,5 milisegundos. Esto es aproximadamente 10 veces más rápido de lo que la computadora cuántica basada en láser reconocida como la más rápida del mundo puede resolver el mismo problema. Además, usando un clúster de ocho GPU, Toshiba obtuvo una buena solución para un problema a gran escala que involucraba 100, 000 variables completamente conectadas (alrededor de 5 mil millones de conexiones) en solo unos segundos. Estos resultados abren nuevas formas de resolver problemas de optimización combinatoria a gran escala en muchas áreas de aplicación diferentes.

El algoritmo de bifurcación simulada aprovecha los fenómenos de bifurcación, procesos adiabáticos, y procesos ergódicos en la mecánica clásica para encontrar rápidamente soluciones de alta precisión. Toshiba derivó el principio de una teoría de una computadora cuántica propuesta por la propia empresa. Este descubrimiento en la mecánica clásica inspirado en la mecánica cuántica es académicamente interesante, resultado muy novedoso que sugiere la existencia de teoremas matemáticos desconocidos.

Avanzando este año, Toshiba ahora apunta a utilizar este avance tecnológico clave para realizar y comercializar una plataforma de servicio que satisfaga todas las necesidades de optimización en logística. Finanzas, y otras áreas de la sociedad moderna.