Испанские физики создали рабочий прототип фотонного компьютера, который умеет самообучаться и в перспективе способен обрабатывать информацию со скоростью, недостижимой для классической кремниевой электроники, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Вторая половина 20 века считается временем рождения и бурной эволюции вычислительной техники. К началу 21 века стало ясно, что мощность современных компьютеров, основой которых выступают кремниевые полупроводниковые чипы, будет крайне сложно наращивать в будущем из-за роста тепловыделения и невозможности дальнейшей миниатюризации. Поэтому ученые пытаются создать новые типы вычислительных устройств, в том числе квантовые и фотонные компьютеры.

Лазерная нейросеть

Группа физиков под руководством Даниела Бруннера (Daniel Brunner) из университета Балеарских островов в Пальме-де-Майорка (Испания) сделала большой шаг на пути к созданию фотонного компьютера, создав рабочий прототип такого вычислительного устройства.

Фотонный компьютер Бруннера и его коллег устроен по принципу так называемых вычислительных резервуаров. Подобные компьютеры похожи по своему устройству на искусственные или природные нейронные сети, и состоит из единичных узлов-синапсов. Каждая такая «нервная клетка» соединена с соседними узлами случайным образом и способна запоминать свои предыдущие состояния.

В отличие от обычных нейронных сетей, «вычислительный резервуар» может решать различные задачи и его можно легко перепрограммировать, не нарушая физическую структуру системы. Манипулируя свойствами синапсов, данную машину можно приспособить для решения сложных вычислительных задач, в том числе распознавания речи или изображений.

Прототип Бруннера и его коллег устроен достаточно своеобразно — в качестве узлов нейросети выступают порции света, которые испускает один и тот же лазерный диод через строго отмеренные промежутки времени. Эти порции света двигаются по «кольцу», внутрь которого встроен источник входных данных — другой лазер, добавляющий новую информацию в цикл при помощи специального модулятора.

Для определения итогового результата работы компьютера, другие приборы измеряют интенсивность излучения в каждой порции света, преобразуя его в цифровой вид.

По словам ученых,

при особой настройке лазеров и других компонентов один и тот же фотонный компьютер может одновременно исполнять несколько вычислений, что позволяет легко увеличивать его производительность и универсальность.

Быстрый и «холодный»

Ученые проверили свое изобретение в деле, «научив» компьютер преобразовать речь человека в цифры и вычислять некоторые сложные статистические функции.

По словам физиков,

их изобретение неплохо проявило себя — компьютер некорректно распознал лишь 0,01% произнесенных вслух цифр. Кроме того, устройство обладает очень высокой производительностью — за одну секунду оно «угадывает» 300 тысяч слов, что является рекордом для всех существующих на сегодня вычислительных устройств.

При расчете статистики прибор подтвердил свои качества — фотонный компьютер производил свыше 13 миллионов статистических операций в секунду, а скорость обмена данными превысила 1,1 гигабайта в секунду.

Кроме того, данная модель фотонного компьютера имеет еще одно преимущество по сравнению с обычными компьютерами — низкое энергопотребление.

Как отмечают Бруннер и его коллеги, их прототип расходует на распознавание одного слова в 200 раз меньше энергии.

Не следует ожидать, что подобные световые вычислители полностью заменят современную кремниевую электронику. Так, их сфера применения крайне ограничена, а информация в них представлена в крайне неудобном для использования виде. Тем не менее, подобные приборы смогут потеснить классические компьютеры во многих специализированных областях науки и техники, где требуется высокая скорость и параллельность вычислений.