Processador fotônico roda por horas a temperatura ambiente

Processador de luz

Os computadores de luz, baseados em processadores fotônicos, que usam luz em vez de eletricidade, têm tido seu potencial demonstrado à exaustão, tanto em termos de velocidade – tudo é feito à velocidade da luz – quanto de eficiência energética e versatilidade.

Por isso o enfoque agora está mudando para a praticidade, com tentativas de tirar a computação óptica dos laboratórios e levá-la para aplicações práticas.

Este é o enfoque de Nayem Al-Kayed e colegas da Universidade Queens, no Canadá, que acabam de demonstrar um novo tipo de máquina de computação que usa luz para resolver problemas complexos, do dobramento das proteínas (para descoberta de medicamentos, por exemplo) ao particionamento de números (para criptografia, por exemplo).

Mas é pelo menos três coisas mais do que isso: O processador foi construído a partir de componentes disponíveis no mercado, ele opera em temperatura ambiente e permaneceu notavelmente estável enquanto executava bilhões de operações por segundo. A máquina ficou estável por tempo suficiente para resolver problemas com dezenas de milhares de variáveis.

Em comparação, demonstrações anteriores de sistemas semelhantes tipicamente exigiam temperaturas extremamente baixas ou materiais exóticos, desenvolvidos em escala de laboratório, e só conseguiram funcionar por curtos períodos de tempo. Funcionar a temperatura ambiente é importante porque utiliza menos energia e torna a tecnologia mais prática e escalável.

Computador de Ising

O novo processador é do tipo conhecido como máquina de Ising, uma arquitetura de computação alternativa na qual os problemas têm sido tipicamente codificados magneticamente, em “spins” que apontam para o norte ou o sul (ou para cima ou para baixo).

De modo muito parecido com ímãs se alinhando naturalmente quando aproximados, o Ising procura o estado de energia mais baixa, o que é matematicamente equivalente a encontrar a melhor solução para um problema de otimização combinatória, comum em aplicações do mundo real, da programação e da organização de pacotes de comunicações até a logística de viagens e entregas. Embora conceitualmente simples, o modelo é poderoso para resolver problemas com muitas opções binárias interconectadas (para cima/para baixo ou sim/não).

O detalhe é que este novo processador usa pulsos de luz que operam de modo análogo aos ímãs – em vez de um sistema binário para cima ou para baixo, há um pulso de luz ou a ausência de um. Os pulsos se movem através de um loop, interagem e gradualmente se estabelecem em uma configuração que representa uma solução, como um grupo que chega a um consenso após muitos diálogos rápidos.

O grande destaque para este processador fotônico está na combinação de simplicidade e desempenho: A equipe usou apenas cinco componentes básicos para construir uma máquina que atingiu 256 spins, superando esforços comerciais semelhantes com orçamentos na casa dos bilhões de dólares. A estabilidade notável do sistema também permite explorar problemas mais complexos do que outras máquinas ópticas de Ising, cujos spins muitas vezes entram em colapso após poucos milissegundos.