Na nossa era orientada por dados, resolver problemas complexos de forma eficiente é crucial. No entanto, os computadores tradicionais muitas vezes lutam com esta tarefa quando lidam com um grande número de variáveis ​​em interação, levando a ineficiências como o gargalo de von Neumann. Um novo tipo de computação de estado coletivo surgiu para resolver esse problema, mapeando esses problemas de otimização em algo chamado problema de Ising no magnetismo.



Veja como funciona:imagine representar um problema como um gráfico, onde os nós são conectados por arestas. Cada nó possui dois estados, +1 ou -1, representando as soluções potenciais. O objetivo é encontrar a configuração que minimize a energia total do sistema com base em um conceito denominado hamiltoniano.

Os pesquisadores estão explorando sistemas físicos que poderiam superar os computadores tradicionais para resolver o hamiltoniano de Ising de forma eficiente. Uma abordagem promissora envolve o uso de técnicas baseadas em luz, onde a informação é codificada em propriedades como estado de polarização, fase ou amplitude. Esses sistemas podem encontrar rapidamente a solução correta aproveitando efeitos como interferência e feedback óptico.

Em um estudo publicado no Journal of Optical Microsystems , pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura e da Agência de Ciência, Tecnologia e Pesquisa analisaram o uso de um sistema de lasers emissores de superfície de cavidade vertical (VCSELs) para resolver problemas de Ising. Nesta configuração, a informação é codificada nos estados de polarização linear dos VCSELs, com cada estado correspondendo a uma solução potencial.

Os lasers estão conectados entre si e as interações entre eles codificam a estrutura do problema.

Os pesquisadores testaram seu sistema em problemas modestos de Ising de 2, 3 e 4 bits e encontraram resultados promissores. No entanto, eles também identificaram desafios, como a necessidade de anisotropia mínima do laser VCSEL, que pode ser difícil de alcançar na prática. No entanto, a superação desses desafios poderia levar a uma arquitetura de computador totalmente óptica baseada em VCSEL, capaz de resolver problemas que estão atualmente fora do alcance dos computadores tradicionais.

Mais informações: Brandon Loke et al, Codificação de estado de polarização linear para computação Ising com VCSELs opticamente bloqueados por injeção, Journal of Optical Microsystems (2023). DOI:10.1117/1.JOM.4.1.014501
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