Ученые научились мгновенно решать математические уравнения

Исследователи из Института AMOLF из Амстердама, Пенсильванского университета и Университета Нью-Йорка разработали наноструктурированную поверхность, способную решать математические уравнения с помощью света. Аспирант AMOLF Андреа Кордаро и его соавторы опубликовали свои результаты в Nature Nanotechnology 12 января 2023 года.

Команда создала тонкую диэлектрическую метарешетку и встроила в образец полупрозрачное зеркало, чтобы оптический сигнал частично возвращался к наноструктурам, каждый раз умножаясь на матрицу рассеяния метарешетки.

В результате ученым удалось добиться обращения матриц со скоростью, намного превышающей скорость, характерную для типичных методов цифровых вычислений. Решение сходится к нужному результату практически мгновенно - менее чем за одну тысячную миллионной доли секунды. Это на несколько порядков быстрее, чем тактовая частота обычного процессора.

Оптическая аналоговая обработка отличается от традиционной аналоговой обработки тем, что в ней используется свет вместо электрического тока. За счет этого оптика способна работать гораздо быстрее, поскольку вычисления выполняются буквально со скоростью света, отражаемого от поверхностей со сложной наноразмерной структурой.

Kpoмe тoгo, oптичecкaя aнaлoгoвaя oбpaбoткa мoжeт быть бoлee энepгoэффeктивнoй, чeм элeктpoнныe мeтoды, пocкoльку пpи oптичecкиx мeтoдax пoчти нe выдeляeтcя тeплo. А излишки тепла — одна из фундаментальных проблем в работе электронных схем. Эти пpeимущecтвa дeлaют oптичecкиe вычиcлeниe oчeнь удoбными для пpи paбoтe выcoкoпpoизвoдитeльныx вычиcлитeльныx пpилoжeний, гдe вaжны и cкopocть и энepгoэффeктивнocть.

«Мы продемонстрировали мощный результат, которого можно добиться, если применить нанотехнологии к аналоговым вычислениям. Это может проложить путь к гибридным оптико-электронным вычислительным схемам», — отметил автор работы Андреа Кордаро.