Учените от Корейския институт за напреднали науки и технологии (KAIST) разработиха нова изчислителна система на базата на силициеви осцилатори (в по-широк смисъл – генератори), способна да решава сложни комбинаторни задачи значително по-бързо от традиционните компютри, базирани на полупроводници. Това може да доведе до появата на процесори, които ще бъдат милиони и дори милиарди пъти по-бързи от класическите.

За класическа комбинаторна задача се счита задачата на търговския пътник, при която е необходимо да се изчисли оптималният маршрут с посещение на множество точки. Класическите компютри я решават чрез метод на изчерпване или с помощта на специални алгоритми, което все пак отнема много време.

Значителен напредък в решаването на комбинаторни задачи обещават квантовите системи и, в частност, системите с квантово отгряване, например вече широко разпространените платформи на компанията D-Wave. Въпреки това, нашият свят все още не е запознат с квантови системи, които имат практическа стойност. Именно тук може да се приложи откритието на корейските учени. Те обещават да решават такива задачи и много други в областта на статистическата физика, финансите, химията и материалознанието с помощта на старите добри силициеви транзистори, като им придадат нови свойства.

Нещо повече, корейските изследователи представиха своята разработка с философска обосновка.

Според тях първите транзистори представляват епохата на ключовете, когато тези елементи изпълняваха ролята на превключватели на сигнали. Втората епоха на транзисторите е тази на усилвателите. Третата епоха, която настъпва с новото откритие е транзисторът като осцилатор, а множество транзистори образуват изчислителна платформа на базата на модела на Изинг (статистически изчисления в множество области).

В основата си моделът на Изинг е разработен за описание на намагнитването на материала и оперира със спиновете на атомите в кристалната решетка. Такова система се стреми към най-малка енергия и нейното крайно състояние ще бъде резултатът от изчислението, ако бъде реализирана в една или друга машина на Изинг (а варианти в това отношение има и това не са задължително кубити). За специфични задачи машината на Изинг ще извърши изчисление или моделиране за няколко часа, докато на класическата система за получаване на същия резултат ще са необходими хиляди години непрекъсната работа.

В основата на южнокорейската разработка лежи така наречената осцилаторна машина на Изинг – специализиран изчислителен уред, в който множество осцилатори обменят сигнали и синхронизират честотите си, като по естествен начин намират най-стабилното състояние на системата, което е равносилно на преход към състоянието с най-ниска енергийна загуба. Именно това състояние съответства на оптималното решение на задачата. Изследователите успяха да реализират както самите осцилатори, така и елементите за връзка между тях с помощта на обикновени силициеви транзистори, което позволи да се повиши точността на синхронизацията и да се подобри обработката на сложни изчислителни модели.

Експериментите показаха висока ефективност на системата при решаване на задачата за максимален разрез на графа, широко използвана в логистиката, финансовия анализ и проектирането на полупроводникови схеми. Основното предимство на технологията е нейната съвместимост със съществуващото CMOS производство, което прави възможно масовото й внедряване без необходимост от създаване на нови фабрики или използване на специални материали. Това отваря перспективи за търговско приложение на разработката в промишлеността още в близко бъдеще.

Разработката придобива особена стойност в условия, когато миниатюризацията на транзисторите се приближава до физическите граници. Новата концепция може да стане основа за създаването на принципно нови изчислителни архитектури и да промени бъдещето на полупроводниковата индустрия. Третата ера на транзисторите не е далеч, убедени са учените. Във всеки случай, има много сериозни основания да се смята така.