Створення комп’ютера з одним атомом

Коли ми визначаємо «комп’ютер» як будь-який пристрій, який обробляє інформацію шляхом введення та виведення, виникає питання про те, які об’єкти можуть виконувати ці обчислення та наскільки малими можуть бути ці комп’ютери. Оскільки транзистори досягають межі мініатюризації, пошук відповідей на ці питання стає вирішальним, оскільки вони можуть призвести до розробки нової обчислювальної парадигми.

У новому дослідженні, опублікованому в EPJ Plus дослідниками з Університету Тулейна в Новому Орлеані, штат Луїзіана, Джерард МакКол і його команда демонструють, що атоми, одні з найпростіших будівельних блоків матерії, можуть виступати в якості резервуара для обчислень, де всі вхідні й вихідні дані обробка оптична.

«У нас була ідея, що здатність до обчислень — це універсальна властивість, яка поділяється всіма фізичними системами, але в рамках цієї парадигми існує величезна кількість структур для того, як можна фактично виконувати обчислення», — говорить МакКол.

Він додає, що однією з найважливіших серед цих структур є нейроморфні або резервуарні обчислення за допомогою нейроморфного комп’ютера, спрямованого на імітацію мозку. Ця концепція лежить в основі вибухового розвитку машинного навчання та штучного інтелекту за останні кілька десятиліть і призводить до потенційно нелінійного комп’ютера, де вихід не є лінійно пропорційним входу. Це бажано, оскільки це може призвести до обчислювальної архітектури, достатньо гнучкої, щоб можна було досягти будь-якого заданого виходу за відповідного введення.

«Тобто, якщо ми хочемо отримати певний обчислювальний результат, нам гарантовано, що існують певні вхідні дані для обчислення, які дозволять його досягти», — говорить МакКол. «Це неможливо, якщо наша система демонструє лише лінійну реакцію!»

Команда запропонувала нелінійний одноатомний комп’ютер із вхідною інформацією, закодованою безпосередньо у світло, а вихід також у формі світла. Потім розрахунок визначається фільтрами, через які проходить світло.

«Наше дослідження підтвердило, що цей підхід працює в принципі, а також підтвердило той факт, що система працювала краще, коли вхідне світло було розроблено таким чином, щоб викликати вищий ступінь нелінійності в системі», — говорить МакКол. «Я б, напевно, стверджував, що цією роботою ми намагаємося підкреслити те, що мінімальна система, здатна до обчислень, дійсно існує на рівні одного атома, і що обчислення можна виконувати виключно за допомогою оптичних процесів».