研究人員利用具有光回授功能的VCSEL陣列開發出一台計算機
在數據驅動的時代，高效解決複雜問題至關重要。然而，傳統電腦在處理大量相互影響的變數時往往難以完成這項任務，導致效率低下，例如馮-諾依曼瓶頸。為了解決這個問題，一種新型的集合態計算應運而生，它將這些最佳化問題映射到磁學中的伊辛問題上。研究人員利用具有光回饋功能的VCSEL 陣列開發出一台電腦。
我們先來了解伊辛問題。它的原理如下：想像一下，把一個問題表示成一個圖，圖中的節點由邊連接。每個節點都有兩個狀態，要麼+1，要麼-1，代表潛在的解決方案。我們的目標是根據”哈密頓”的概念，找到使系統總能量最小的配置。
在伊辛計算機中（此處以4 位元為例），所有變數都在並行地朝著一個解決方案演進。資料來源：作者doi: 10.1117/1.JOM.4.1.014501
為了有效率地求解伊辛哈密頓方程，研究人員正在探索能夠超越傳統電腦的物理系統。一種很有前景的方法是使用基於光的技術，將資訊編碼成偏振狀態、相位或振幅等屬性。透過利用乾涉和光回授等效應，這些系統可以快速找到正確的解決方案。
在發表於《光學微系統雜誌》（Journal of Optical Microsystems）上的一項研究中，新加坡國立大學和新加坡科學技術研究局的研究人員探討了利用垂直腔面發射雷射（VCSEL）系統來解決伊辛問題。在這個裝置中，訊息被編碼在VCSEL 的線性偏振態中，每個態對應一個潛在的解決方案。雷射器相互連接，它們之間的相互作用編碼了問題的結構。
研究人員在2 位、3 位和4 位Ising 問題上測試了他們的系統，發現結果很有希望。不過也發現了一些挑戰，例如需要最小的VCSEL 雷射各向異性，這在實務上可能很難實現。儘管如此，克服這些挑戰可能會產生一種基於VCSEL 的全光學電腦架構，能夠解決目前傳統電腦無法解決的問題。
參考文獻：Brandon Loke、Zifeng Yuan、Soon Thor Lim、Aaron Danner 於2023 年12 月28 日出版的《使用光注入鎖定VCSEL 的Ising 計算線性偏振態編碼》，《光微系統雜誌》。
編譯來源：ScitechDaily