Nell’era in cui viviamo, dominata dai dati e dalla necessità di risolvere problemi complessi in modo efficiente, i computer tradizionali spesso si trovano in difficoltà. Questo accade soprattutto quando devono gestire un gran numero di variabili interagenti, portando a inefficienze come il cosiddetto “von Neumann bottleneck”. Per superare questi limiti, è emerso un nuovo tipo di calcolo, noto come computing collettivo, che si propone di mappare questi problemi di ottimizzazione su qualcosa chiamato problema di Ising nel campo del magnetismo.
Comprendere il problema di Ising
Il problema di Ising può essere spiegato immaginando di rappresentare un problema come un grafico, dove i nodi sono connessi da spigoli. Ogni nodo ha due stati possibili, +1 o -1, che rappresentano le soluzioni potenziali. L’obiettivo è trovare la configurazione che minimizza l’energia totale del sistema, basandosi su un concetto chiamato Hamiltoniano.
Sfruttare le tecniche basate sulla luce
Per risolvere l’Hamiltoniano di Ising in modo efficiente, i ricercatori stanno esplorando sistemi fisici che potrebbero superare le prestazioni dei computer tradizionali. Un approccio promettente coinvolge l’uso di tecniche basate sulla luce, dove le informazioni sono codificate in proprietà come lo stato di polarizzazione, la fase o l’ampiezza. Sfruttando effetti come l’interferenza e il feedback ottico, questi sistemi possono trovare rapidamente la soluzione corretta.
Il computer basato su VCSEL con feedback ottico
In uno studio pubblicato sulla rivista Journal of Optical Microsystems, i ricercatori della National University of Singapore e dell’Agency for Science, Technology, and Research hanno esaminato l’uso di un sistema di laser a emissione superficiale a cavità verticale (VCSEL) per risolvere i problemi di Ising. In questa configurazione, le informazioni sono codificate negli stati di polarizzazione lineare dei VCSEL, con ogni stato corrispondente a una soluzione potenziale. I laser sono collegati tra loro e le interazioni tra di essi codificano la struttura del problema.
Sfide e direzioni future
I ricercatori hanno testato il loro sistema su problemi di Ising modesti, a 2, 3 e 4 bit, ottenendo risultati promettenti. Tuttavia, hanno anche identificato alcune sfide, come la necessità di una minima anisotropia del lasing dei VCSEL, che potrebbe essere difficile da ottenere nella pratica. Nonostante ciò, superare queste sfide potrebbe portare a un’architettura di computer completamente ottica basata su VCSEL, capace di risolvere problemi attualmente irraggiungibili per i computer tradizionali.
Risultati e potenzialità
Il lavoro dei ricercatori apre la strada a nuove possibilità nel campo del calcolo, mostrando come l’uso di VCSEL con feedback ottico possa rappresentare una soluzione valida per affrontare problemi complessi. Sebbene ci siano ancora ostacoli da superare, i risultati ottenuti indicano un futuro promettente per questa tecnologia, che potrebbe rivoluzionare il modo in cui affrontiamo le sfide computazionali.
