Computers die werken op basis van laserlicht zijn aanzienlijk sneller bij het oplossen van optimalisatieproblemen, maar waren tot nu toe te groot en te duur. De onderzoeksgroep toegepaste fysica van de Vrije Universiteit Brussel heeft deze machines sterk verkleind en vereenvoudigd tot een draagbaar systeem. Dat moet ze geschikt maken voor commercieel gebruik.
Optimalisatiealgoritmes zijn overal: ze berekenen het meest efficiënte vervoersplan van de treinen, de beste timing van slimme verkeerslichten of de snelste route tot onze bestemming. Maar ze vergen zo veel rekenkracht dat traditionele computers er moeite mee hebben. Daarom zijn verschillende onderzoeksinstituten en grote bedrijven als Google, IBM, HP of NTT op zoek zijn naar alternatieven voor de conventionele computer om net dit soort problemen sneller op te lossen. De grootste kanshebbers als alternatief zijn vandaag kwantumcomputers en ‘coherent Ising machines’.
Beide computers hebben gemeen dat ze, in tegenstelling tot digitale computers, niet alle mogelijkheden uitproberen om de optimale oplossing te vinden. Ze evolueren naar de meest waarschijnlijke oplossing. Het belangrijkste verschil is dat optische computers op klassiek laserlicht werken, waar kwantumcomputers gebruik maken van de soms vreemde eigenschappen van de kwantumfysica.
Honderd keer sneller
Onderzoeksgroepen in Japan en in de Verenigde Staten hadden al aangetoond dat de ‘coherent Ising-machines’ minstens honderd keer sneller kunnen zijn dan digitale computers. Ze slagen er in om vergelijkbare en zelfs betere prestaties voor te leggen dan kwantumcomputers terwijl ze goedkoper zijn.
“Maar deze Ising-machines zijn in hun huidige vorm nog te ver verwijderd van commerciële toepassingen.” legt onderzoeker Fabian Böhm uit. “Doordat ze gebruik maken van kilometerslange optische vezels en krachtige lasersystemen die heel veel energie gebruiken, zijn ze gewoonweg te complex, te duur en te groot. Het nieuwe ontwerp dat ons team van de VUB heeft ontwikkeld, maakt ze klein en voldoende goedkoop om digitale computers te kunnen vervangen.”
Uit kant-en-klare componenten
Vandaag is er een volledig lab nodig om één enkele ‘coherente Ising-machine’ te huisvesten. De aanpak van de VUB-onderzoekers, met een compacte opstelling op basis van standaard optische en elektronische componenten, moet daar verandering in brengen. Het is de bedoeling dat de optische computer volledig samengesteld wordt uit kant-en-klare commerciële onderdelen en bijgevolg overal makkelijk worden nagebouwd. Bovendien zouden deze componenten in de toekomst als fotonische chips gemaakt kunnen worden, waardoor de grootte én kostprijs nog drastisch zal verlagen.
Het onderzoeksresultaat is gepubliceerd in Nature Communications.
