À notre époque axée sur les données, il est crucial de résoudre efficacement des problèmes complexes. Cependant, les ordinateurs traditionnels ont souvent du mal à accomplir cette tâche lorsqu’ils traitent un grand nombre de variables en interaction, ce qui conduit à des inefficacités telles que le goulot d’étranglement de von Neumann. Un nouveau type de calcul d’état collectif est apparu pour résoudre ce problème en mappant ces problèmes d’optimisation sur ce qu’on appelle le problème d’Ising en magnétisme.
Voici comment cela fonctionne : Imaginez représenter un problème sous forme de graphique, où les nœuds sont reliés par des arêtes. Chaque nœud a deux états, +1 ou -1, représentant les solutions potentielles. L’objectif est de trouver la configuration qui minimise l’énergie totale du système sur la base d’un concept appelé hamiltonien.
Les chercheurs explorent des systèmes physiques qui pourraient surpasser les ordinateurs traditionnels pour résoudre efficacement l’hamiltonien d’Ising. Une approche prometteuse consiste à utiliser des techniques basées sur la lumière, dans lesquelles les informations sont codées dans des propriétés telles que l’état de polarisation, la phase ou l’amplitude. Ces systèmes peuvent trouver rapidement la bonne solution en exploitant des effets tels que les interférences et le retour optique.
Dans une étude publié dans le Journal des microsystèmes optiques, des chercheurs de l’Université nationale de Singapour et de l’Agence pour la science, la technologie et la recherche ont étudié l’utilisation d’un système de lasers à émission de surface à cavité verticale (VCSEL) pour résoudre les problèmes d’Ising. Dans cette configuration, les informations sont codées dans les états de polarisation linéaire des VCSEL, chaque état correspondant à une solution potentielle.
Les lasers sont connectés les uns aux autres et les interactions entre eux codent la structure du problème.
Les chercheurs ont testé leur système sur de modestes problèmes d’Ising à 2, 3 et 4 bits et ont trouvé des résultats prometteurs. Cependant, ils ont également identifié des défis, tels que la nécessité d’une anisotropie laser VCSEL minimale, ce qui peut être difficile à réaliser en pratique. Néanmoins, surmonter ces défis pourrait conduire à une architecture informatique entièrement optique basée sur le VCSEL, capable de résoudre des problèmes actuellement hors de portée des ordinateurs traditionnels.
Plus d’information:
Brandon Loke et al, Codage d’état de polarisation linéaire pour l’informatique d’Ising avec des VCSEL optiquement verrouillés par injection, Journal des microsystèmes optiques (2023). DOI : 10.1117/1.JOM.4.1.014501