Мистерия света и вещества: в Сколкове изобрели принципиально новый компьютер

МЕНЮ


Новости ИИ
Поиск

ТЕМЫ


Внедрение ИИНовости ИИРобототехника, БПЛАТрансгуманизмЛингвистика, обработка текстаБиология, теория эволюцииВиртулаьная и дополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информации

АРХИВ


Сентябрь 2017
Август 2017
Июль 2017
Июнь 2017
Май 2017
Апрель 2017
Март 2017
Февраль 2017
Январь 2017
Декабрь 2016
Ноябрь 2016
Октябрь 2016
Сентябрь 2016
Август 2016
Июль 2016
Июнь 2016
Май 2016
Апрель 2016
Март 2016
Февраль 2016
Январь 2016
0000

RSS


RSS новости
Ураган харви в США

Новостная лента форума ailab.ru

2017-09-27 19:00

it новости

Ресурсы ограничены – таков жестокий закон. Времени всегда меньше, чем хочется, несмотря на все усилия биологов, штурмующих проблему долголетия. Деньги тоже приходится считать, а вместе с ними и всё, что можно купить за деньги. Бывают и другие ограничения на ресурсы – например, прекрасно работавший зонд "Кассини" пришлось сжечь в атмосфере Сатурна только потому, что у него закончилось ракетное топливо.

Достичь цели, потратив как можно меньше – вот задача, которую постоянно приходится решать инженерам, экономистам, да и просто любому человеку, планирующему своё время и бюджет. В математике это называется задачей оптимизации. Её формулируют так: есть функция, зависящая от многих переменных, и требуется найти её минимум при заданных ограничениях.

Решать такие задачи зачастую очень трудно. Полный перебор всех вариантов невозможен – их немыслимо много. Например, двадцать точек в городе можно объехать в разном порядке. Сколько вариантов всего? Оказывается, что их 20! (читается как "двадцать факториал"), т.е. 1 x 2 x 3 … x 20. Это число примерно в десять раз больше количества секунд, прошедших с момента Большого Взрыва.

Математики придумали тонкие методы, позволяющие отсекать заведомо неоптимальные варианты и находить перспективные. Но всё равно расчёты часто оказываются слишком громоздкими даже для мощных современных компьютеров. Особенно это характерно для задач, в которых требуется оптимизация сразу по многим параметрам.

Традиционный путь решения – придумывать более мощные компьютеры и более совершенные алгоритмы расчётов. Принципиально иной подход предложила международная команда учёных во главе с Наталией Берловой из Сколтеха. В своём исследовании, опубликованном 25 сентября в журнале Nature Materials, физики заставили саму природу решать задачу оптимизации.

Вселенная – лучший вычислитель. Чтобы отыскать самую низкую точку поверхности, вместо громоздких вычислений достаточно опрокинуть над ней стакан воды.

Примерно это и удалось сделать российским и британским физикам. Конечно, всё гораздо сложнее, чем в приведённом примере. Точку на поверхности задают всего две координаты, а реальные задачи оптимизации требуют учёта сразу многих параметров. Так что водой и изогнутым листом здесь не обойдешься. Но учёные сумели реализовать многомерную "поверхность" с помощью силовых полей и заставить находить её "нижнюю точку" состояния поляритонов.

Поляритон – это квазичастица. Что это такое? Проще всего объяснить это на примере так называемых дырок, хорошо знакомых всем, кто разбирается в полупроводниковой электронике.

Допустим, на полупроводник подали напряжение. Электрон радостно снялся со своего места в веществе и устремился к положительному полюсу. А на его месте образовалась дырка – место, где кристаллической решётке не хватает электрона для равновесия зарядов. Привлечённый притяжением окрестных протонов, туда встанет другой электрон, но тогда дырка образуется уже на его месте, и так далее.

Физикам гораздо удобнее не рассчитывать прыжки бесчисленных электронов с места на место, а рассмотреть движение одной частицы с положительным зарядом – той самой дырки. При том же самом результате упрощение расчётов получается колоссальное.


Дырка, конечно, не является "настоящей" частицей. Она не образуется в ядерных реакциях, её невозможно получить, столкнув протоны на Большом адронном коллайдере. Дырка не существует в вакууме, её нельзя разогнать в трубе ускорителя, напрасно будет искать её и в космических лучах. Это просто математическая модель, которая упрощает описание переноса зарядов в полупроводнике. Поэтому и называется она не частицей, а квазичастицей.

То же самое относится и к поляритону – квазичастице, введенной для описания взаимодействия света с веществом. В квантовой физике квазичастиц вообще целый зоопарк: для колебаний кристаллической решётки – фонон, для магнитных явлений – магнон, и так далее.

Физики заставляют их по-разному двигаться и располагаться в веществе и выполнять разные функции, например, обеспечивать сверхпроводимость. То, что эти частицы "не настоящие", никого не смущает. Да, это модель, но задача физики и состоит в том, чтобы строить модели, которые согласуются с данными прежних экспериментов и правильно предсказывают результаты новых, ещё не поставленных. На основе этих моделей учёные и инженеры создают новые технологии, которые радуют нас мобильной связью, спасающей от инсульта МРТ и такими привычными, а в недалёком будущем и новыми квантовыми компьютерами.

Учёные облучали лазером атомы таких элементов, как галлий, мышьяк, индий и алюминий. Взаимодействие света и вещества порождало поляритоны, которыми управляли исследователи. Способность нового устройства к решению задач они испробовали на XY-модели (classical XY model). Это фундаментальный инструмент статистической механики, науки о поведении систем из очень большого числа частиц. Задача оптимизации этой модели очень сложна. Но учёным удалось "зашифровать" условие этой задачи в окружающих частицы полях. И поляритоны послушно пришли в состояние, соответствующее минимуму нужной функции.

Технология только что создана, и её потенциал для решения сложных задач ещё предстоит изучить. В ближайших планах исследователей – увеличить вычислительную мощность устройства и сымитировать микрочип, работающий на этих совершенно новых принципах.

Напомним, что это не единственная работа, открывающая путь к принципиально новым вычислениям. Ранее мы писали о фотонных микросхемах и о квантовом компьютере размером с футбольное поле. Человечество за полвека привыкло к лавинообразному росту вычислительных мощностей и отказываться от него не собирается. В условиях, когда потенциал традиционных компьютеров близок к исчерпанию, это требует новых прорывов и открытий.


Источник: vesti.ru