Une ligne de recherche en génie vise à développer des ordinateurs qui peuvent relever une classe de défis appelés problèmes d'optimisation combinatoire. Ceux-ci sont courants dans les applications du monde réel telles que l'organisation des télécommunications, la planification et le routage des voyages pour maximiser l'efficacité.
Malheureusement, les technologies d'aujourd'hui se heurtent à la quantité de puissance de traitement peuvent être emballées dans une puce informatique, tandis que l'entraînement des modèles d'intelligence artificielle exige d'énormes quantités d'énergie.
Des chercheurs de l'UCLA et de l'UC Riverside ont démontré une nouvelle approche qui surmonte ces obstacles pour résoudre certains des problèmes d'optimisation les plus difficiles. L'équipe a conçu un système qui traite des informations à l'aide d'un réseau d'oscillateurs, des composants qui se déplacent dans certaines fréquences, plutôt que de représenter toutes les données numériquement. Ce type d'architecture informatique, appelé machine ISING, a une puissance spéciale pour l'informatique parallèle, qui fait de nombreux calculs complexes simultanément. Lorsque les oscillateurs sont synchronisés, le problème d'optimisation est résolu.
Dans l'étude, publiée dans Revue physique appliquéeles enquêteurs ont rapporté un appareil basé sur certaines propriétés quantiques qui relient l'activité électrique aux vibrations voyageant à travers un matériau. Cependant, contrairement aux applications quantiques les plus récentes en informatique, qui nécessitent des températures extrêmement basses pour maintenir leur « quantumness » – l'appareil des chercheurs est capable de fonctionner à température ambiante.
« Notre approche est l'informatique inspirée de la physique, qui a récemment émergé comme une méthode prometteuse pour résoudre des problèmes d'optimisation complexes », a déclaré l'auteur correspondant Alexander Balandin, professeur d'ingénierie et éminent professeur de science et d'ingénierie de l'UCLA Samueli. « Il exploite des phénomènes physiques impliquant des condensats électron-phonon fortement corrélés pour effectuer des calculs directement par le calcul par le biais de processus physiques, réalisant ainsi une plus grande efficacité énergétique et vitesse. »
La recherche a montré que les oscillateurs évoluent naturellement vers un état fondamental, dans lequel ils sont synchronisés, permettant à la machine de résoudre des problèmes d'optimisation combinatoire.
Balandin et ses collègues ont utilisé un matériau spécial pour combler l'écart entre la mécanique quantique – des règles compatibles régissant les interactions entre les particules subatomiques – et la physique la plus familière de la vie quotidienne. Leur prototype matériel est basé sur une forme de sulfure de tantale, un « matériau quantique » qui permet de révéler la commutation entre les phases électriques et vibratoires.
La nouvelle technologie a le potentiel de fonctionnement de faible puissance; Dans le même temps, il peut être compatible avec la technologie du silicium conventionnel.
« Tout nouveau matériel basé sur la physique doit être intégré à la technologie Digital Silicon CMOS numérique pour avoir un impact sur les systèmes de traitement de l'information des données », a déclaré Balandin, membre du California Nanosystems Institute de l'UCLA ou du CNSI. « Le matériau à ondes de densité de charge bidimensionnel que nous avons sélectionné pour cette démonstration a le potentiel d'une telle intégration. »
Les oscillateurs couplés de cette recherche ont été construits au Laboratoire de nanofabrication UCLA, géré conjointement par CNSI et UCLA Samueli, et testé dans le laboratoire Phonon Optimizered Materials de l'UCLA.
