Исследователи из Центра фотоники и квантовых материалов Сколтеха Павлос Лагудакис, Сергей Аляткин и Алексис Аскитопулос получили патент на программируемый поляритонный симулятор, который позволит решать сложные вычислительные задачи из области физики твердого тела и квантовой механики.
Как отмечается в патентной заявке, создание симулятора является шагом вперед на пути к практическому применению поляритонной платформы, так как в нем реализован более универсальный и масштабируемый метод тонкой настройки системы. Научные результаты, лежащие в основе этого изобретения, ранее были опубликованы в журналах Physical Review Letters, Physical Review X и Nature Materials.
«В отличие от известных симуляторов, использующих сверхпроводящие кубиты и системы ультрахолодных атомов и способных работать лишь при температурах, близких к абсолютному нулю, поляритонный симулятор функционирует и при более высоких температурах, в частности, при температурах, создаваемых в гелиевых криостатах», – говорится в патентной заявке.
Главный конкурент разработанного устройства на рынке – система D-Wave от канадской компании D-Wave Systems, в которой реализована платформа для квантового отжига на сверхпроводящих кубитах. Сотрудники этой компании стали первыми, кому удалось создать реальное устройство, которое, однако, работает только при сверхнизких температурах и является чрезвычайно дорогим. Кроме того, сверхпроводящие кубиты крайне сложны в изготовлении, что ограничивает возможности масштабирования системы.
«Мы предлагаем другой принцип аналоговых вычислений с использованием поляритонных конденсатов Бозе-Эйнштейна. Эти системы обладают целым рядом преимуществ: в частности, они способны стабильно работать при более высоких температурах в течение очень длительного времени, а именно столько, сколько активен возбуждающий лазер. Их можно легко настраивать и перестраивать в режиме реального времени при помощи методов пространственной модуляции света. На сегодняшний день мы не видим у этих систем факторов, которые ограничивали бы возможности по их масштабированию. Пожалуй, их единственный недостаток состоит в том, что связь нескольких конденсатов по природе классическая, что ограничивает круг задач, которые можно было бы решать с помощью этих систем. Хотя созданный нами поляритонный симулятор менее универсален по сравнению с существующими аналогами, он легче масштабируется, а его изготовление требует гораздо меньших затрат», – отмечает Павлос Лагудакис.
Поляритонный симулятор может использоваться для решения широкого круга практических задач. Одним из примеров реального применения симулятора является управление движением автономных транспортных средств: для предотвращения заторов на оживленных городских трассах в часы пик необходимо, чтобы миллионы беспилотных автомобилей могли оценивать обстановку не только в непосредственной близости от себя, но и на бо́льших расстояниях.
«Разумнее всего было бы объединить все беспилотные автомобили в единую сеть и, используя специальное средство решения задачи, такое как, например, наш поляритонный симулятор, моделировать движение на дорогах в режиме реального времени. Такая система мониторинга может давать указание автомобилям на одном участке дороги двигаться так, чтобы разгрузить поток на другом участке. Решать подобные задачи с миллионами взаимодействующих переменных при помощи классических компьютеров чрезвычайно сложно», – добавляет Павлос Лагудакис.
Ученые продолжают совершенствовать созданную технологию за счет внедрения методов машинного обучения, которые уже позволили значительно повысить надежность системы. «Я думаю, что следующим важным этапом нашей работы станет организация сотрудничества с крупным промышленным партнером, который поможет нам не только масштабировать наше решение, но и построить первый функциональный прототип. Мы уже ведем переговоры с несколькими компаниями и надеемся, что в ближайшем будущем сможем достигнуть соответствующих договоренностей», – отмечает в заключение Павлос Лагудакис.
skoltech.ru
Источник: rlocman.ru
