В эпоху больших данных поиск оптимальных решений для сложных задач может занимать тысячи лет, особенно когда речь идет о комбинаторной оптимизации, например, о построении логических маршрутов, формировании финансовых портфелей или размещении элементов на полупроводниковых схемах. Исследователи из Корейского института передовых технологий KAIST предложили прорывное решение этой проблемы.
Ученые разработали осциллирующую машину Изинга — специализированное вычислительное устройство нового поколения. В отличие от традиционных подходов, оно полностью основано на привычных кремниевых полупроводниковых технологиях, что делает возможным его массовое производство на существующих производственных линиях.
Ключевая идея заключается в использовании генераторов электрических сигналов на основе одиночных кремниевых транзисторов. Когда несколько таких генераторов обмениваются сигналами и синхронизируют свои ритмы, система естественным образом достигает наиболее стабильного состояния — и в процессе находит оптимальное решение задачи.
Ученым удалось уменьшить отклонения в частоте колебаний осцилляторов и реализовать многоуровневую связь между элементами. Благодаря этому технология успешно справилась с задачей о максимальном разрезе — классическим примером комбинаторной оптимизации, где нужно разделить сеть на две группы так, чтобы максимизировать количество соединений между ними.
Практическое применение разработки обширно: от оптимизации логических цепочек и распределения ресурсов до автоматизации проектирования полупроводников и настройки коммуникационных сетей. Важнейшее преимущество — использование стандартной КМОП-технологии, уже распространенной в полупроводниковой промышленности. Это означает, что для внедрения новой машины не потребуются дополнительные инвестиции в оборудование или специальные материалы.
Исследование открывает путь к коммерциализации технологии, способной радикально ускорить решение масштабных оптимизационных задач в разных отраслях. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Ранее Наука Mail рассказывала, что физики впервые продемонстрировали новый тип квантового взаимодействия.
