En nuestra era basada en datos, resolver problemas complejos de manera eficiente es crucial. Sin embargo, las computadoras tradicionales a menudo tienen dificultades con esta tarea cuando tratan con una gran cantidad de variables que interactúan, lo que genera ineficiencias como el cuello de botella de von Neumann. Ha surgido un nuevo tipo de computación de estados colectivos para abordar este problema al asignar estos problemas de optimización a algo llamado problema de Ising en el magnetismo.

Así es como funciona:imagina representar un problema como un gráfico, donde los nodos están conectados por aristas. Cada nodo tiene dos estados, +1 o -1, que representan las posibles soluciones. El objetivo es encontrar la configuración que minimice la energía total del sistema basándose en un concepto llamado hamiltoniano.

Los investigadores están explorando sistemas físicos que podrían superar a las computadoras tradicionales para resolver el Hamiltoniano de Ising de manera eficiente. Un enfoque prometedor implica el uso de técnicas basadas en la luz, donde la información se codifica en propiedades como el estado de polarización, la fase o la amplitud. Estos sistemas pueden encontrar rápidamente la solución correcta aprovechando efectos como la interferencia y la retroalimentación óptica.

En un estudio publicado en el Journal of Optical Microsystems , investigadores de la Universidad Nacional de Singapur y la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación analizaron el uso de un sistema de láseres emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL) para resolver los problemas de Ising. En esta configuración, la información está codificada en los estados de polarización lineal de los VCSEL, y cada estado corresponde a una solución potencial.

Los láseres están conectados entre sí y las interacciones entre ellos codifican la estructura del problema.

Los investigadores probaron su sistema en modestos problemas Ising de 2, 3 y 4 bits y encontraron resultados prometedores. Sin embargo, también identificaron desafíos, como la necesidad de una anisotropía mínima del láser VCSEL, que puede ser difícil de lograr en la práctica. No obstante, superar estos desafíos podría conducir a una arquitectura informática basada en VCSEL totalmente óptica capaz de resolver problemas que actualmente están fuera del alcance de las computadoras tradicionales.

Más información: Brandon Loke et al, Codificación de estado de polarización lineal para computación Ising con VCSEL bloqueados por inyección óptica, Journal of Optical Microsystems (2023). DOI:10.1117/1.JOM.4.1.014501

Proporcionado por SPIE