Университет Квинс в Кингстоне создал программируемую фотонную машину Изинга. Она работает при комнатной температуре и сохраняет стабильность часами. Установка решает задачи комбинаторной оптимизации как квантовые компьютеры D-Wave.

Разница в цене, надежности и стоимости обслуживания колоссальна. Не в пользу D-Wave. Университетская установка стоит в миллионы раз дешевле.

Платформа построена на базе оптоэлектронного генератора световых импульсов. Использует доступные компоненты для оптического телекоммуникационного оборудования. Лазеры, модуляторы света на тонкопленочном ниобате лития, полупроводниковый оптический усилитель, электроника для цифровой обработки сигналов.

Вычислитель работает на базе модели Изинга. В оригинале она использует миниатюрные магниты. Университетская установка опирается на импульсы света.

Модель Изинга решает сложные задачи комбинаторной оптимизации. Знаменитая задача коммивояжера — найти оптимальный маршрут для посещения множества адресов с минимальными затратами на путь. Также ускоряет расчеты с разбиением чисел и синтезом белков.

Решение возникает в процессе естественного стремления системы к минимальному значению энергии. Это и будет ответом на задачу. Исполнение таких задач криогенной квантовой платформой D-Wave называется квантовым отжигом.

Университетская установка делает то же самое. Каждый вычислительный элемент — виртуальный спин — представлен импульсом света в петле с хитрым управлением.

Задача кодируется импульсами света и запускается в систему. Импульсы циркулируют до достижения минимальной энергии. Это выражается в виде остаточной последовательности импульсов на выходе.

Установка оперирует 256 спинами. Они допускают 65 536 связей всех со всеми. Системам D-Wave, которые в миллионы раз дороже, такой масштаб пока даже не снился.

Это можно реализовать не для всех задач. Но никто не мешает разработке развиваться.

В отличие от платформ D-Wave, установка работает при комнатной температуре. Остается стабильной часами, а не в течение считанных миллисекунд как квантовые системы D-Wave.

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. Применение в задачах оптимизации, логистики, криптографии, дизайна лекарств и нейроморфных вычислений.

Использование доступных телекоммуникационных компонентов кардинально снижает стоимость. D-Wave требует дорогостоящего криогенного оборудования для охлаждения до почти абсолютного нуля.