سامانه‌ای اپتیکی، برای حل مسائل بهینه‌سازی ترکیبی به صورت آنلاین در دسترس افراد قرار گرفته است. این سامانه که QNN (شبکه عصبی کوانتومی) نام دارد، توسط موسسه انفورماتیک ملی ژاپن، یا همان مرکز تلگراف و تلفن نیپون (NTT) و دانشگاه توکیو ابداع شده است.

داخل حلقه: شبکه عصبی کوانتومی

مسائل بهینه‌سازی ترکیبی، مسائلی هستند که تعداد بسیاری جواب قابل قبول دارند که باید بهترینشان مشخص شود. مثالی آشنا در این زمینه «مساله فروشنده دوره‌گرد» است که فرد تمایل دارد از کوتاه‌ترین مسیر ممکن به چندین مقصد سفر کند. این گونه مسائل در گستره وسیعی از کارهای بشر، از برنامه‌ریزی برای اقدامات پزشکی در بیمارستان گرفته تا به حداکثر رساندن عملکرد سامانه‌ای پیچیده نظیر فضاپیما دیده می‌شود.

چرخش و چرخش

QNN از حلقه‌ای 1 کیلومتری از فیبر نوری تشکیل شده است که دارای تقویت‌کننده حساس به فاز (PSA) و آرایه دروازه‌ای برنامه‌پذیر میدانی (FPGA یا field-programmable gate array) می‌باشد. اطلاعات در 2000 نوسانگر پارامتری نوری (OPOها) کدگذاری می‌شود که پالس‌های نوری هستند که می‌توانند در هر یک از دو حالت قطبش (0 و π) قرار بگیرند. این OPPها همانند بیت‌های کوانتومی (یا کیوبیت‌ها) که به داخل حلقه تزریق‌ شده‌اند، عمل می‌کنند. FPGA به صورت متوالی جفت‌های OPO را اندازه‌گیری می‌کند و بعد از آن می‌تواند OPO‌ها را به گونه‌ای تنظیم کند که مساله دلخواه بهینه‌سازی ترکیبی را حل کند. این فرایند آن قدر تکرار می‌شود که OPO‌ها 1000 بار در حلقه دور می‌زنند و در هر بار عبور به وسیله PSA تقویت می‌شوند. این فرایند OPOها را به شکل خاصی از حالت‌های صفر و π درمی‌‌آورد که در نهایت به صورت جواب مساله خوانده می‌شود.

QNN رایانه کوانتومی عمومی نیست که قادر به پرداختن به گستره وسیعی از مسائل باشد، بلکه تنها به منظور بهینه‌سازی سامانه‌های قابل توضیح با مدل‌ آیزینگ طراحی شده است. در همه این سامانه‌ها جزئی وجود دارد که می‌تواند یکی از دو مقدار صفر یا π را بگیرد و تنها با همسایه‌هایش برهم‌کنش دارد. اگرچه این کار، کاربرد و سودمندی QNN را محدود کرده است، اما مدل آیزینگ برای توضیح بازه وسیعی از پدیده‌ها در فیزیک و ماورا قابل اعمال است.

دسترسی به این سامانه از طریق ابرQNN انجام می‌شود که در آن از کاربران جدید خواسته می‌شود حساب کاربری ایجاد کنند.

نویسنده: همیش جانستون (Hamish Johnston) ویراستار نشریه physicsworld.com.