Processador de luz resolve enigma matemático com 100% de precisão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/10/2024

A luz se propaga em um circuito fotônico tridimensional para resolver um problema matemático de grande interesse prático.
[Imagem: Xu et al. - doi 10.1117/1.AP.6.5.056011.]

Problema da soma de subconjuntos

Em mais um avanço da computação óptica, ou computação fotônica, que usa luz em lugar da eletricidade, cientistas apresentaram um protótipo de processador que usa luz para resolver problemas computacionais que são difíceis para os computadores eletrônicos tradicionais.

Xiao-Yun Xu e colegas da Universidade Shanghai Jiao Tong, na China, desenvolveram um processador fotônico integrado tridimensional e reconfigurável, projetado especificamente para lidar com o problema da soma de subconjuntos, um problema NP-completo clássico.

Os problemas NP-completos, que crescem exponencialmente com o tamanho, representam alguns dos quebra-cabeças mais difíceis na ciência da computação. Essas questões têm implicações significativas em vários campos, incluindo biomedicina, transporte e manufatura.

Na busca por soluções mais eficazes, os pesquisadores estão explorando alternativas aos métodos de computação tradicionais, com a computação óptica emergindo como um caminho promissor.

Usando uma técnica inovadora, chamada escrita direta a laser de femtossegundos, os pesquisadores construíram um chip fotônico composto por 1.449 componentes ópticos padronizados. Essa tecnologia permite a prototipagem rápida e oferece maior flexibilidade de projeto, o que é crucial para lidar com as complexidades desses enigmas matemáticos.

Além de altamente paralelo, o processador fotônico resolve os cálculos na velocidade da luz.
[Imagem: Xiao-Yun Xu et al. - 10.1117/1.AP.6.5.056011]

Computação com luz na prática

O problema da soma de subconjuntos envolve determinar se um subconjunto específico de números pode ter uma soma definida. Ao mapear esse problema usando a computação com luz, os pesquisadores conseguiram codificar o comportamento da luz para executar cálculos.

O processador opera permitindo que fótons em um feixe de luz explorem todos os caminhos possíveis simultaneamente, fornecendo um paralelismo total. Isso não apenas acelera a computação, como também mantém uma precisão até agora inigualável, e certamente insuperável - o processador fotônico resolveu diferentes instâncias do problema da soma de subconjuntos com 100% de confiabilidade.

Mas as aplicações práticas para essa tecnologia vão muito além desse problema matemático: A natureza reconfigurável do processador permite que ele seja adaptado para tarefas como redes neurais ópticas e computação quântica, indicando um futuro versátil para computação com luz.

De fato, este novo protótipo apresentou um desempenho melhor do que seus equivalentes eletrônicos, particularmente em tempo de computação e eficiência conforme o tamanho do problema aumenta.

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