Учёные из Университета Квинс в Кингстоне (Queen's University) создали программируемую фотонную машину Изинга, работающую при комнатной температуре и часами сохраняющую стабильность. Установку можно назвать «копеечным» аналогом квантовых компьютеров компании D-Wave, поскольку они решают сходные задачи комбинаторной оптимизации. Но разница в цене, надёжности и стоимости обслуживания университетской установки и систем D-Wave колоссальна, и не в пользу последних.
Источник изображений: Nature 2025
Платформа учёных построена на базе оптоэлектронного генератора световых импульсов с использованием доступных в продаже компонентов для оптического телекоммуникационного оборудования: лазеров, модуляторов света на тонкоплёночном ниобате лития, полупроводникового оптического усилителя и электроники для цифровой обработки сигналов. В своей основе вычислитель работает на базе так называемой модели Изинга, которая в оригинале использует миниатюрные магниты, только вместо них университетская установка опирается на импульсы света.
Модель Изинга позволяет решать сложные задачи комбинаторной оптимизации — это, прежде всего, знаменитая задача коммивояжёра, которому нужно найти оптимальный маршрут для посещения множества адресов с минимальными затратами на путь. Но она также позволяет ускорить расчёты с разбиением чисел и даже с синтезом белков. Решение возникает в процессе естественного (физического) стремления системы к минимальному значению энергии, что и будет ответом на поставленную задачу. Исполнение таких задач криогенной квантовой платформой D-Wave и другими подобными называется квантовым отжигом.
Университетская установка делает то же самое, только каждый её вычислительный элемент — виртуальный спин — представлен импульсом света в петле с хитрым управлением. Задача кодируется импульсами света и запускается в систему, где они циркулируют до достижения минимальной энергии, что выражается в виде остаточной последовательности импульсов на выходе. Установка оперирует 256 спинами, которые допускают 65 536 связей «всех со всеми». Системам D-Wave, которые в миллионы раз дороже, такой масштаб пока даже не снился.
Очевидно, это можно реализовать не для всех задач, но никто не мешает разработке развиваться. В отличие от платформ D-Wave, предложенная учёными установка работает при комнатной температуре и остаётся стабильной часами, а не в течение считанных миллисекунд, как квантовые системы той же D-Wave.
Созданная учёными машина достигла рекордной производительности — более 200 GOPS (гигаопераций в секунду) при взаимодействии спинов и нелинейной обработке. Разработка открывает путь к практическому, масштабируемому и энергоэффективному аналоговому вычислителю для задач оптимизации, логистики, криптографии, дизайна лекарств и нейроморфных вычислений.