На пути к вычислениям на одном атоме с помощью генерации высоких гармоник
Новое исследование открывает горизонты относительно того, каким может быть «компьютер» и насколько малым может быть вычислительный блок
Если рассматривать «компьютер» как нечто, что обрабатывает информацию, принимая входные данные и производя выходные, то возникают очевидные вопросы: какие объекты могут выполнять вычисления? И насколько маленьким может быть компьютер? По мере приближения транзисторов к пределу миниатюризации, эти вопросы становятся не просто любопытными, их ответы могут лечь в основу новой вычислительной парадигмы.
В новой статье в журнале EPJ Plus исследователь из Университета Тулейна (Новый Орлеан, штат Луизиана) Джерард МакКол и его соавторы демонстрируют, что даже одна из основных составляющих материи — атомы — может выступать в качестве резервуара для вычислений, где вся обработка ввода-вывода является оптической.
«У нас была идея, что способность к вычислениям — это универсальное свойство, которым обладают все физические системы, но в рамках этой парадигмы существует огромное количество рамок для того, как можно было бы попытаться выполнить вычисления», — говорит МакКол.
Он добавляет, что одной из наиболее важных таких схем являются нейроморфные или резервуарные вычисления, при этом нейроморфный компьютер стремится имитировать мозг. Эта концепция лежит в основе бурного развития машинного обучения и искусственного интеллекта в последние несколько десятилетий и приводит к созданию потенциально нелинейного компьютера, в котором выход не линейно пропорционален входу. Это желательно, поскольку может привести к созданию достаточно гибкой вычислительной архитектуры, позволяющей получить любой заданный выходной сигнал при наличии подходящего входа.
«То есть, если мы хотим получить какой-то заданный результат вычислений, нам гарантировано, что существует какой-то вход для вычислений, который позволит его достичь», — говорит МакКол. «Это невозможно, если наша система демонстрирует только линейный отклик».
Команда предложила нелинейный одноатомный компьютер с входной информацией, закодированной непосредственно в свет, и выходом также в виде света. Вычисления затем определяются фильтрами, через которые пропускается световой поток.
«Наши исследования подтвердили, что этот подход работает в принципе, а также подтвердили тот факт, что система работала лучше, когда входной свет был разработан таким образом, чтобы вызвать более высокую степень нелинейности в системе», — говорит МакКол.
«Я бы, наверное, сказал, что этой работой мы пытаемся подчеркнуть, что минимальная система, способная к вычислениям, действительно существует на уровне одного атома, и что вычисления могут быть выполнены исключительно с помощью оптических процессов».
Новое исследование открывает горизонты относительно того, каким может быть «компьютер» и насколько малым может быть вычислительный блок Если рассматривать «компьютер» как нечто, что обрабатывает информацию, принимая входные данные и производя выходные, то возникают очевидные вопросы: какие объекты могут выполнять вычисления? И насколько маленьким может быть компьютер? По мере приближения транзисторов к пределу миниатюризации, эти вопросы…