Sciencemag.cz
Doporučujeme
Metamateriál může manipulovat světlem tak, že přitom řeší určité integrální rovnice. Prý řádově efektivněji, než počítače klasické. Je to něčím víc než kuriozitou?
Analogové počítače zažily na Západě poslední období zájmu zhruba v 50. letech, když mechanické systémy byly nahrazeny elektronickými, plnými odporů, kondenzátorů, zesilovačů… Nicméně jednalo se o labutí píseň, následující éra už patřila počítačům digitálním.
Nader Engheta z University of Pennsylvania a jeho tým (Nasim Mohammadi Estakhri a Brian Edwards) nyní po vzoru optických (digitálních) počítačů nyní oprášili myšlenku na počítače analogové, kde by se příslušné operace realizovaly pomocí fotonů. Zadání by se mělo zakódovat do parametrů elektromagnetické vlny, vlastní výpočet by se pak realizoval průchodem vlny přes speciální metamateriál. Výsledkem by prozatím mělo být řešení (nějak obecné) integrální rovnice, konkrétně tzv. Fredholmových rovnic druhého druhu.
Demonstrace byla provedena s mikrovlnami, aby byla jednodušší konstrukce metamateriálu, nicméně nakonec by měl být celý systém integrován na mikročip a realizován třeba pomocí vstupu z optického kabelu nebo jiných běžně používaných zařízení. Což by samozřejmě mj. znamenalo obrovské zrychlení daného postupu; nicméně už počítání s mikrovlnami má být výrazně rychlejší než jiné dnes známé způsoby.
Příslušný tým se problematikou analogových optických počítačů zabývá již dlouho, v roce 2014 vědci představili fotonický systém pro výpočet 1. i 2. derivace. Nový metamateriál je tvořen úplně obyčejným plastem (polystyrenem), jde jenom o to do něj dostatečně přesně vyřezat příslušnou strukturu, např. CNC strojem. V souvislosti s používanou vlnovou délkou lze samozřejmě vše dále ladit. Konkrétní struktura příslušného „švýcarského sýru“ byla odvozena reverzně, prostě na základě požadavků na to, jak má systém se světlem manipulovat.
Navíc podle autorů výzkumu by v podstatě roli příslušného optického analogového počítače mohlo hrát i něco na způsob obyčejného přepisovatelného disku CD. Technologii by tedy šlo využívat plošně (poznámka: např. zápis na médium by odpovídal zadání rovnice, čtení dat pak řešení?).
„Inverse-designed metastructures that solve equations“, Science (2019). http://science.sciencemag.org/content/363/6433/1333
Zdroj: Phys.org a další
Poznámky PH:
Některé prvky analogových počítačů se uplatňují např. v počítačích kvantových, ale to už je zase jiná záležitost.
Trochu to také celé připomíná koncept DNA počítačů: hardware optimalizovaný pro řešení úlohy určitého typu (zde problém obchodního cestujícího), kdy různým přednastavením průtoků se řešilo konkrétní zadání. Nicméně tento přístup se nakonec neujal, a i co se týče možné renesance analogových počítačů pro řešení integrálních rovnic, jistě existuje dost důvodů ke skepsi.
V ČSSR se analogové počítače využívaly ještě v 70. letech.
Analogové počítače jsou nepřesné, nicméně u asymetrických úloh (ověření výrazně snazší než samotný výpočet) by to nemuselo vadit, stačí zjistit, zda výsledek je postačující. Nakonec stejně se dnes používají i kvantové počítače D-Wave s hledáním maxim/minim pomocí kvantového žíhání.
