Kecepatan Tingkat Berikutnya: Bagaimana Fotonik Terintegrasi 3D Mempercepat Komputasi

Esiklopedia Telkom University Portal rangkuman informasi dari semua cabang pengetahuan 1 minggu ago

0 3 2 minutes read

Kecepatan Tingkat Berikutnya: Bagaimana Fotonik Terintegrasi 3D Mempercepat Komputasi

Cahaya Menyebar dalam Sirkuit Fotonik 3D Untuk Memecahkan Masalah Jumlah Subset — Cahaya merambat dalam rangkaian fotonik tiga dimensi untuk menyelesaikan masalah jumlah subset. Gambar prosesor fotonik yang dapat dikonfigurasi ulang didasarkan pada penelitian yang disajikan. Kredit: Xu dkk., doi 10.1117/1.AP.6.5.056011.

Prosesor fotonik baru secara efisien memecahkan masalah NP-complete yang kompleks menggunakan cahaya, menawarkan komputasi dan skalabilitas yang lebih cepat untuk aplikasi masa depan dalam jaringan saraf optik dan komputasi kuantum.

Seiring dengan terus berkembangnya teknologi, keterbatasan komputer elektronik tradisional menjadi semakin jelas, khususnya ketika mengatasi permasalahan komputasi yang sangat kompleks. Soal NP-complete, yang tingkat kesulitannya bertambah secara eksponensial seiring dengan bertambahnya ukurannya, merupakan salah satu soal yang paling menantang dalam ilmu komputer. Masalah-masalah ini berdampak pada berbagai bidang, mulai dari biomedis hingga transportasi dan manufaktur. Untuk menemukan solusi yang lebih efisien, para peneliti beralih ke metode komputasi alternatif, dengan komputasi optik yang menunjukkan harapan yang signifikan.

Terobosan dalam Pengembangan Prosesor Fotonik

Sebuah tim dari Shanghai Jiao Tong University, seperti dilansir di Fotonik Tingkat Lanjuttelah membuat kemajuan penting di bidang ini. Mereka telah mengembangkan prosesor fotonik terintegrasi tiga dimensi yang dapat dikonfigurasi ulang dan dirancang khusus untuk memecahkan masalah subset sum (SSP), sebuah tantangan NP-complete yang terkenal. Dengan menggunakan teknik canggih yang disebut penulisan langsung laser femtosecond, para peneliti menciptakan chip fotonik yang terdiri dari 1.449 komponen optik standar. Teknologi ini memungkinkan pembuatan prototipe secara cepat dan fleksibilitas desain yang lebih besar, yang penting untuk mengatasi kompleksitas SSP.

Menghitung Hasil Instans SSP — Menghitung hasil instance SSP yang himpunannya masing-masing adalah {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17} dan {2, 5, 7, 11, 13, 17}. (a) dan (c) Pembacaan eksperimental ditampilkan sebagai garis titik, yang menyatakan keberadaan jumlah subset yang sesuai (yaitu angka di bawah titik). (b) dan (d) Distribusi intensitas eksperimental dan teoritis. Dalam kasus teoritis, intensitas bukan nol menyatakan keberadaan jumlah subset. Dengan menerapkan ambang batas intensitas yang wajar, sinyal eksperimen dapat diklasifikasikan dengan benar menjadi sertifikasi yang valid (di luar ambang batas) dan tidak valid (di bawah ambang batas). Interval toleransi ambang batas ditandai dengan garis hitam. Kredit: Xu dkk., doi 10.1117/1.AP.6.5.056011

Keuntungan Pendekatan Fotonik

Masalah jumlah subset melibatkan penentuan apakah subset angka tertentu dapat dijumlahkan ke target tertentu. Dengan memetakan masalah ini ke prosesor fotonik mereka, para peneliti dapat mengkodekan perilaku cahaya untuk melakukan perhitungan. Prosesor beroperasi dengan memungkinkan foton dalam berkas cahaya menjelajahi semua jalur yang mungkin secara bersamaan, memberikan jawaban secara paralel. Desain ini tidak hanya mempercepat komputasi namun juga menjaga akurasi tinggi—ditunjukkan oleh kemampuan prosesor untuk memecahkan berbagai contoh SSP dengan keandalan 100 persen.

Memperluas Cakrawala Dengan Komputasi Optik

Potensi penerapan teknologi ini melampaui masalah subset sum. Sifat prosesor yang dapat dikonfigurasi ulang dapat diadaptasi untuk tugas-tugas seperti jaringan saraf optik dan komputasi kuantum fotonik, yang menunjukkan masa depan yang serbaguna untuk sistem fotonik. Hebatnya, prosesor baru ini telah menunjukkan peningkatan kinerja dibandingkan dengan prosesor elektronik yang ada, khususnya dalam waktu komputasi dan efisiensi seiring dengan meningkatnya ukuran masalah.

Perkembangan ini menandai langkah signifikan menuju pemanfaatan kemampuan cahaya untuk komputasi praktis, memberikan jalan untuk mengatasi masalah-masalah yang menuntut komputasi pada skala yang lebih besar. Ketika para peneliti terus mengeksplorasi komputasi optik, terobosan ini dapat mengubah cara kita menghadapi tantangan kompleks di berbagai bidang ilmiah dan industri.

Referensi: “Prosesor fotonik terintegrasi yang dapat dikonfigurasi ulang untuk masalah NP-complete” oleh Xiao-Yun Xu, Tian-Yu Zhang, Zi-Wei Wang, Chu-Han Wang dan Xian-Min Jin, 24 September 2024, Fotonik Tingkat Lanjut.
DOI: 10.1117/1.AP.6.5.056011