Исследователи создали компьютер из одного атома и света

Когда мы определяем «компьютер» как любое устройство, которое обрабатывает информацию посредством ввода и вывода, возникает вопрос о том, какие объекты могут выполнять эти вычисления и насколько малы эти компьютеры? Когда транзисторы достигают пределов миниатюризации, поиск ответов на эти вопросы становится крайне важным, поскольку они могут привести к развитию новой вычислительной парадигмы.

В новом исследовании, опубликованном в EPJ Plus исследователями из Университета Тулейна в Новом Орлеане, штат Луизиана, Джерард МакКол и его команда демонстрируют, что атомы, один из самых основных строительных блоков материи, «могут выступать в качестве резервуара для вычислений, а вся обработка и ввод-вывод информации будут полностью оптическими.

«У нас была идея, что способность к вычислениям является универсальным свойством, общим для всех физических систем, но в рамках этой парадигмы существует огромное количество схем того, как можно на самом деле пытаться выполнять вычисления», — говорит МакКол.

Учёным важно было доказать, что система на одном атоме с полностью оптическими входом и выходом будет демонстрировать нелинейные свойства. Это тем более важно, что на передний план выходят нейроморфные вычислители или ИИ-вычислители, отчасти повторяющих работу мозга и, следовательно, нелинейные по своей сути.

Развивая свою концепцию, группа учёных предложила нелинейный одноатомный компьютер с входной информацией, закодированной непосредственно в свет, и выходом также в виде света. Фильтры на выходе такой системы определяют результат вычислений.

«Наше исследование подтвердило, что этот подход работает в принципе, а также подтвердил тот факт, что система работала лучше, когда входной свет был спроектирован таким образом, чтобы вызвать более высокую степень нелинейности в системе», — говорит МакКол. «Вероятно, я бы сказал, что в этой работе мы пытаемся подчеркнуть, что минимальная система, способная к вычислениям, действительно существует на уровне одного атома и что вычисления могут выполняться исключительно с помощью оптических процессов».