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  • 模拟电路解决了通过使用振荡器的自然倾向以同步组合优化问题。该技术可以扩展到解决这些问题,而不是数字运行速度更快。

    模拟电路解决了通过使用振荡器的自然倾向以同步组合优化问题。该技术可以扩展到解决这些问题,而不是数字运行速度更快。

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自然可以帮助解决优化问题

模拟电路解决了通过使用振荡器的自然倾向以同步组合优化问题。该技术可以扩展到解决这些问题,而不是数字运行速度更快。

基于同步振荡器低成本的模拟电路可以快速,廉价地扩大击败了数字计算机。 看视频


记者联系

多萝西·瑞恩
电子邮件: dryan@ll.mit.edu
电话:781-981-8616
澳门太阳城最新网站林肯实验室

当今最好的数字计算机仍在努力解决,在实际的时间框架,某一类问题:组合优化问题,或者那些需要通过大集的可能性梳理,找到最佳的解决方案。量子计算机的潜在抱就这些问题,但扩大的量子位的这些系统中的数字仍然是一个障碍。 

现在,澳门太阳城最新网站林肯实验室的研究人员已经证实的替代,基于模拟的方式来加速这些问题的计算。 “我们的计算机的工作原理是‘计算物理学’,并使用自然本身来帮助解决这些棘手的优化问题,”杰弗里·宙,一纸有关的共同第一作者说: 这项工作 发表在自然 科学报告。 “它是由标准的电子元件,使我们能够利用现有的微芯片产业快速,廉价地扩展我们的计算机。”

也许是最知名的组合优化问题是旅行商的。这道题找到一个销售人员可以通过多个城市,并开始在同一个结束的最短路线。它可能看起来只有少数几个城市简单,但问题就变得成倍难以解决随着城市数量的增加,市场影响了即使是最好的超级计算机。还需要在日常现实世界中需要解决优化问题;该解决方案被用于安排班次,尽量减少金融风险,探索药品,计划出货量,减少对无线网络的干扰,等等。

“它已经知道了很长一段时间,数字计算机是在解决这类问题根本不好,” SURAJ bramhavar,还共同第一作者说。 “许多已经制定,以寻求解决方案的算法必须权衡解决方案的质量时间。找到绝对最优解缠采取不合理的很长一段时间,当问题大小成长。”找到更好的解决方案,并在显着更少的时间这样做可以节省产业数十亿美元。因此,研究人员一直在寻找新的途径来建立专门优化设计的系统。

找到节拍  

喜欢大自然以最有效和分散的方式,以优化能源,或达到目标。这个原则可以在大自然的同步见证,像心脏细胞一起跳动或鱼移动为一体的学校。类似地,如果在同一表面上设置两个摆钟,无论何时各个垂被设置成运动,它们最终将被哄骗成同步的节奏,同时达到其顶点但是在相反方向上移动(或出相)。这个现象最早在1665年由荷兰科学家惠更斯观察。这些时钟被耦合振荡器的一个例子,在这样一种方式,能量可以在它们之间传输成立。 

“我们已经基本上建立了这个[时钟设置]的电子,可编程版本使用耦合非线性振荡器,”宙说,呈现出 YouTube的视频 节拍器的显示类似的现象。 “这个想法是,如果你设置了编码你的问题的能源格局的系统,那么系统就会自然地尝试同步,以尽量减少能源,并在此过程中,将沉淀在最佳解决方案。然后,我们可以读出这个解决方案“。

实验室的原型是一种类型的机器伊辛,基于物理学的模型描述的磁体,其每一个具有磁性的“自旋”取向,可以指向仅向上或向下的网络的计算机的。每个自旋的最终方向取决于它与其他所有自旋相互作用。各个自旋 - 到 - 自旋相互作用与特定的耦合权重,它表示其连接的强度定义。伊辛机的目标是找到,给定一个特定的耦合强度的网络,每个自旋的正确配置,向上或向下,最小化整个系统的能量。

但如何伊辛机解决优化问题?事实证明,优化问题可以直接映射到伊辛模型,使之与一定的耦合权重集的自旋可以代表每个城市和旅行商问题它们之间的距离。因此,找到在伊辛模型自旋的最低能量状态直接转换成卖家的最快路径解决方案。然而,通过逐一检查每个可能的配置解决这个问题,当问题发展到即使是少量的尺寸变得比登天还难。 

在近年来,一直在努力构建量子计算机映射到伊辛模型,其中最引人注目的是一个来自加拿大公司D-Wave系统公司。这些机器可以提供一种有效的方式来搜索大解空间,并找到正确的答案,虽然他们在低温下运行。

实验室的系统运行类似的搜索,但并因此使用简单的电子振荡器。每个振荡器表示伊辛模型旋,并且类似地发生在二值化阶段,其中一些被同步的,或在相振荡器,代表“旋转起来”的配置和那些异相代表“降速”构造。设置系统到解决的优化问题,该问题被首先映射到伊辛模型,将其转化为连接每个可编程振荡器耦合的权重。

与耦合权重编程时,振荡器被允许运行,就像被释放的每个时钟的摆动臂。然后系统自然松弛到其整体的最低能量状态。电子读出每个振荡器的最后阶段,代表“旋转”或“降速”,呈现答案提出的问题。当系统运行针对2000个多名随机优化问题,它来到的时间正确的解决方案98%以上。

此前,斯坦福大学研究人员 表现出了伊辛机 使用激光和电子解决优化问题。该工作揭示用于在数字计算虽然显著加速的电位,根据宙,该系统可能是困难和昂贵的,扩展到更大的尺寸。找到一个简单的替代方法的目标点燃实验室的研究。 

扩大

单个振荡器电路在其演示中使用的团队类似于电路内部手机或Wi-Fi路由器发现。一个除了他们已经取得是交叉架构,允许所有的电路中的振荡器的被直接耦合到彼此。 “我们已经发现的架构,既扩展到制造,可以使完全连接到数千振荡器,”周说。一个完全连接系统允许其容易地被映射到各种各样的优化问题。 

“从林肯实验室这项工作,使创新使用纵横架构在其建设的模拟电子伊辛机,”彼得·麦克马洪,应用和工程物理学的康奈尔大学的助理教授谁没有参与这项研究说。 “这将是有趣的,看看这个架构和平台的未来发展如何执行。”  

The laboratory's prototype Ising machine uses four oscillators. The team is now working out a plan to scale the prototype to larger numbers of oscillators, 要么 "nodes," and fabricate it on a printed circuit board. "If we can get to, say, 500 nodes, there is a chance we can start to compete with existing computers, and at 1,000 nodes we might be able to beat them," Bramhavar says.

球队看到一个清晰的路径向前,因为该技术是基于标准的电子元件扩大。它也非常便宜。所有的样机零件可以在一个典型的本科电气工程实验室发现并在网上购买约$ 20。

"What excites me is the simplicity," Bramhavar adds. "Quantum computers are expected to demonstrate amazing performance, but the scientific and engineering challenges required to scale them up are quite hard. Demonstrating even a small fraction of the performance gains envisioned with quantum computers, but doing so using hardware from the existing 电子产品 industry, would be a huge leap forward. Exploiting the natural behavior of these circuits to solve real problems presents a very compelling alternative f要么 what the next era of computing could be."


主题: 林肯实验室, 计算, 电子产品, 研究, 计算机科学与技术, 数学

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