Есептеу күрделілігі концепциясына сәйкес, математикалық есептердің қаншалықты оңай шешілетініне байланысты әртүрлі қиындық дәрежесі болады. Кәдімгі компьютер кейбір есептерді (P) көпмүшелік уақытта шеше алатынымен, яғни Р шешуге қажетті уақыт кіріс көлемінің көпмүшелік функциясы болып табылады, ол көбінесе есеп өлшемімен экспоненциалды түрде масштабталатын NP есептерін шеше алмайды. сондықтан көпмүшелік уақытта шешу мүмкін емес. Сондықтан жартылай өткізгіш құрылғыларда құрастырылған кәдімгі компьютерлерді пайдалану арқылы жеткілікті үлкен NP мәселелерін шешу мүмкін емес.
Бір уақытта көптеген операцияларды орындау қабілетіне байланысты кванттық компьютерлер осыған байланысты перспективалы болып саналады. Нәтижесінде NP мәселесін шешу процедурасы тездетіледі. Дегенмен, көптеген физикалық қолданбалар температураның өзгеруіне өте сезімтал.
Нәтижесінде, кванттық компьютерлерді пайдалану өте төмен температура сияқты қатаң эксперименталды жағдайларды талап етеді, бұл оларды өндіруді қиындатады және олардың құнын арттырады.
Бақытымызға орай, кванттық есептеулерге аз танымал және әлі ашылмаған балама ықтималдық есептеу болып табылады. NP мәселелерін тиімді шешу үшін стохастикалық есептеулер жұмысы термиялық ауытқуларға байланысты «стохастикалық наноқұрылғылар» деп аталатындарды пайдаланады. Жылулық ауытқулар, кванттық компьютерлерден айырмашылығы, ықтималдық есептеу мәселелерін шешуге көмектеседі. Нәтижесінде ықтималдық есептеулерді күнделікті жағдайларда қолдану практикалық.
Зерттеушілер нақты NP мәселелерін шешу үшін стохастикалық нано-құрылғы желілерін имитациялау арқылы ықтималдық есептеу мүмкіндігін дәлелдеді, бұл өміршең балама туралы өте қажет ақпаратты қамтамасыз етті. Пурдю университетінің профессоры Питер Бермел басқарған зерттеу Journal of Photonics for Energy (JPE) журналында жарияланды.
«Ising моделі» стандартты үлгіні зерттеушілер физикалық және математикалық тақырыптардың кең ауқымын имитациялау үшін пайдаланды. «Гамильтондық» деп аталатын энергия операторы да NP мәселелерін сипаттай алады. Гамильтон бастапқыда атомдық спиндердің магниттік дипольдік моменттерінің әрекеттесуін модельдеу үшін жасалған. Негізінде, NP мәселесін шешу байланысты Исинг Гамильтонианның шешімін талап етеді.
Бұл есептер оптикалық параметрлік осцилляторлардан (OPO) және төмен жылу кедергілері бар стохастикалық айналмалы наномагниттік желілерден тұратын ықтималдық есептеу құрылғыларының көмегімен шешіледі.
Зерттеушілер мұндай наномагниттік желіні қолданыстағы өндіріс әдістерін қолдана отырып белсендірді. Содан кейін олар комбинаторлық оңтайландырумен байланысты сандар теориясынан төрт NP-толық есептерді Исинг Гамильтониандарын шешу үшін қолданды. NP-толық есептер - тиімді шешу алгоритмі жоқ есептер. Оларға бүтін сызықтық бағдарламалау, екілік бүтін сызықтық бағдарламалау, толық қамту және сандарды бөлу жатады.
Исинг моделінің теориялық шешімі (Больцман заңы) және 3, 3 және 6 ықтималдық разрядтары (p-бит) бар алғашқы үш есептің модельдеу нәтижелері толық сәйкес болды. 3, 6, 9, 12 және 15 p-биттері бар бес түрлі толық қамту есептерін модельдеу модельдеу мен теория арасындағы ұқсас келісімді көрсетті. Бұл ықтималдық есептеулерге арналған шеңберлерді масштабтауға болатындығын көрсетті.
Бермелдің пікірінше, «ықтималдық есептеулерді дәстүрлі есептеу әдістеріне қуатты және өміршең балама жасаудың кілті тапсырма өлшемімен тиімді масштабтау болып табылады. Модельдерді де, эксперименттерді де қай стратегиялардың тиімдірек екенін анықтау үшін пайдалану қажет болады.
Зерттеушілер модельдеу нәтижелері барлық p-биттері үшін (3-тен 15-ке дейін) нақты нәтижелерді көрсетсе де, параллель алгоритмдер модельдеу мүмкіндігін одан әрі арттыруға көмектесе алады деп болжайды. Наномагниттен OPO желілеріне көшу параллелизм мүмкін емес жерде тиімді мәселелерді шешуге мүмкіндік береді. Жүйені CMOS технологиясы сияқты бар өндірістік процестерді пайдаланып OPO желісі арқылы оңай енгізуге және салыстыруға болады. Нәтижесінде ықтималдық есептеуге арналған энергиясы төмен тосқауылдары бар стохастикалық наномагниттер түзілуі мүмкін.
Колорадо Боулдер университетінің профессоры және JPE бас редакторы Шон Шахиннің айтуынша, «Жасанды интеллект пен ғылыми/кәсіпкерлік есептеулер энергия тұтыну мен көміртегі ізіне қатысты маңызды, егер шұғыл болмаса, алаңдаушылық тудыратын жылдамдықпен өседі. -есептеу техникасын дамытудың дәстүрлі формалары барған сайын маңыздырақ бола түсуде».
Чжу, Си және Бермелдің бұл жұмысы NP-толық есептердің маңызды класын шеше алатын технологияға шынайы жолды ұсынады. Жұмыс Ising есептеулерін жүргізу үшін оптикалық құрылғылардың сызықтық емес желілерін шебер қолдану арқылы есептеуді қажет ететін тапсырмаларды орындауда әдеттегі аппараттық құралдардан айтарлықтай асып түсу мүмкіндігі бар масштабталатын, энергияны үнемдейтін шешімді көрсетеді.
Дереккөз: techxplore.com/news
Günceleme: 03/05/2023 14:19