در دنیای پر سر و صدا و نادقیق، 0 و 1های قطعی رایانه های امروزی می توانند مانع از پاسخ های دقیق به مسائل آشفته دنیای واقعی شوند. بنابراین می‌گوید یک حوزه تحقیقاتی نوظهور پیشگام نوعی مح،ات به نام مح،ات احتمالی است. و اکنون تیمی از محققان MIT راه جدیدی را برای تولید بیت‌های احتمالی (p-bit) با نرخ‌های بسیار بالاتر، با استفاده از فوتونیک برای مهار نوسانات کوانتومی تصادفی در فضای خالی، پیشگام کرده‌اند.
روش قطعی که در آن رایانه‌های معمولی کار می‌کنند برای مق، با عدم قطعیت و تصادفی که در بسیاری از فرآیندهای فیزیکی و سیستم‌های پیچیده وجود دارد، من، نیست. مح،ات احتمالی نوید این را می دهد که با ساختن پردازنده هایی از اجزایی که خودشان به طور تصادفی رفتار می کنند، راه طبیعی تری برای حل این نوع مسائل ارائه دهد.
این رویکرد به ویژه برای مسائل بهینه سازی پیچیده با بسیاری از راه حل های ممکن یا برای انجام یادگیری ماشین در مجموعه داده های بسیار بزرگ و ناقص که عدم قطعیت یک مسئله است، من، است. مح،ات احتمالی می تواند بینش ها و یافته های جدید را باز کند هواشناسی و شبیه سازی آب و هوابه ،وان مثال، یا تشخیص هر،مه و مبارزه با تروریسم نرم افزار یا نسل بعدی هوش مصنوعی.
این تیم اکنون می تواند 10000 پی بیت در ث،ه تولید کند. آیا مدار p بعدی است؟
بلوک های ساختم، اساسی یک رایانه احتمالی به ،وان بیت های p شناخته می شوند و معادل بیت های موجود در رایانه های ک،یک هستند، با این تفاوت که بر اساس توزیع احتمال بین 0 و 1 در نوسان هستند. تا کنون، بیت های p از اجزای الکترونیکی ساخته شده اند که از نوسانات تصادفی در ویژگی های فیزیکی خاص استفاده می کنند.
اما در یک مقاله جدیدمنتشر شده در آ،ین شماره مجله علوم پایه تیم MIT اولین p-bit فوتونیکی را ایجاد کرده است. جذابیت استفاده از اجزای فوتونیک این است که آنها بسیار سریعتر عمل می کنند و به طور قابل توجهی بازده انرژی بیشتری دارند چار، روکز-کارمز، یک محقق علمی در دانشگاه استنفورد و دانشمند مدعو در MIT، که در زم، که در MIT فوق دکترا بود روی این پروژه کار می کرد. او می افزاید: «مزیت اصلی این است که در اصل می تو،د اعداد تصادفی بسیار زیادی در ث،ه تولید کنید.
در قلب p-bit آنها مؤلفه ای به نام نوسانگر پارامتری نوری (OPO) وجود دارد که در اصل یک جفت آینه است که نور را بین آنها به عقب و جلو می تاباند.
نور در خلاء فیزیکی حرکت نمی کند، اما به همان مفهومی که فضای بیرونی یک خلاء است. Roques-Carmes می گوید: «ما در واقع خلاء پمپ نمی کنیم. «در اصل، … در تاریکی است. ما به هیچ وجه ارسال نمی کنیم. و بنابراین این همان چیزی است که ما آن را حالت خلاء در اپتیک می نامیم. به طور متوسط هیچ فوتونی در این حفره وجود ندارد.»
هنگامی که لیزر به داخل حفره پمپ می شود، نور با فرکانس خاصی نوسان می کند. اما هر بار که دستگاه روشن می شود، فاز نوسان می تواند یکی از دو حالت را به خود بگیرد.
این که در کدام حالت قرار می گیرد به پدیده های کوانتومی معروف به “نوسانات خلاء” بستگی دارد که ذاتاً تصادفی هستند. این اثر کوانتومی پشت چنین پدیده‌هایی است که به خوبی مشاهده شده است شیفت بره از طیف اتمی و کازیمیر و ون دروالس نیروهایی که به ترتیب در نانو سیستم ها و مولکول ها یافت می شوند.
ما می‌تو،م جنبه تصادفی را که فقط از فیزیک کوانتومی به دست می‌آید، حفظ کنیم، اما به روشی که بتو،م آن را کنترل کنیم.»
-چار، روکز-کارمز، دانشگاه استنفورد
OPOها قبلاً برای تولید اعداد تصادفی استفاده می شدند، اما برای اولین بار تیم MIT نشان داد که می توانند بر تصادفی بودن ،وجی کنترل داشته باشند. با تزریق نوسانگر با پالس‌های لیزری فوق‌العاده ضعیف – آنقدر ضعیف که به‌طور میانگین کمتر از یک فوتون در هر پالس وجود دارد – می‌توانند احتمال گرفتن یک حالت فاز خاص را تغییر دهند.
به گفته محققان، این توانایی برای تحت تاثیر قرار دادن وضعیت فاز OPO، اما نه تعیین قطعی، آن را به روشی امیدوارکننده برای تولید بیت‌های p تبدیل می‌کند. روکز-کارمز می‌گوید: «ما می‌تو،م جنبه تصادفی را که فقط از فیزیک کوانتومی به دست می‌آید، حفظ کنیم، اما به گونه‌ای که بتو،م توزیع احتمالی را که توسط آن متغیرهای کوانتومی ایجاد می‌شود، کنترل کنیم».
آنها می گویند که تیم قادر به تولید 10000 پی بیت در ث،ه سیگنال با تبعیت از توزیع احتمال معین بود. به عبارت دیگر، آنها می توانند 10 کیلو پی بیت در ث،ه بسازند که – حداقل در سطح فعلی فناوری مح،ات احتمالی – به نظر می رسد به روش های مورد نیاز برای ساخت یک کامپیوتر احتمالی رفتار کند.
این تیم دستگاه خود را با استفاده از مجموعه بزرگی از اجزای نوری روی میز ساخته است، بنابراین ساخت یک کامپیوتر احتمالی عملی با استفاده از این اصول به کار قابل توجهی نیاز دارد. اما ی،ک سالامین، یک فوق دکترا در آزمایشگاه تحقیقات الکترونیک MIT، می گوید که هیچ مانع اساسی وجود ندارد. او می گوید: «ما می خواستیم فیزیک آن را نشان دهیم، بنابراین این سیستم بزرگ را ساختیم. “اما اگر شما علاقه مند به افزایش مقیاس و کوچک سازی و غیره هستید، متخصص، در این زمینه وجود دارند که می توانند این کار را انجام دهند.”
، کامساریاستادیار EECS در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، می‌گوید که کار گروه MIT «بسیار هیجان‌انگیز» است، اما او مایل است که این اثبات مفهوم را در مقیاسی وسیع‌تر از صرفاً تک بیت‌های p ساخته شود. او می‌گوید: «بسیار عالی خواهد بود که کارهای بعدی فراتر از تک بیت‌های p و مدارهای p فوتونیک همبسته را ببینیم.
مورگان میچل– پروفسور اپتیک کوانتومی اتمی در موسسه علوم فوتونیک (ICFO) در دانشگاه فنی کاتالونیا در بارسلونا- می‌گوید کار جدید «در زمینه مح،ات نوری ک،یک جالب است» اما در مورد خواندن بیش از حد نتایج اولیه احتیاط به نظر می‌رسد. جالب خواهد بود که ببینیم آیا نویسندگان می‌توانند کمیت کنند؟» میز، که وضعیت p-bitها به دلیل تصادفی بودن خلاء به جای سایر منابع تصادفی ظاهری مانند نویزهای محیطی یا نقص دستگاه است.
از مقالات سایت شما
مقالات مرتبط در سراسر وب
منبع: https://spect،.ieee.org/probabilistic-computing