В широком смысле под компьютером понимается любое устройство, которое обрабатывает информацию посредством ввода и вывода. Но если отталкиваться от такого определения, то рано или поздно возникнет вопрос — какие объекты могут выполнять подобные вычисления, и насколько малы эти "компьютеры". Когда транзисторы достигают пределов миниатюризации, поиск ответов на такие странные вопросы становится крайне важным, поскольку они могут привести к развитию новой вычислительной парадигмы.

В новом исследовании, опубликованном в EPJ Plus исследователями из Университета Тулейн в Новом Орлеане, показано, что атомы, один из самых основных строительных блоков материи, могут выступать в качестве резервуара для вычислений, где все интерфейсы ввода-вывода может обрабатывать специальная оптическая система.

Ученые оттолкнулись от предположения о том, что способность к вычислениям является универсальным свойством, общим для всех физических систем, и в рамках этой парадигмы существует огромное количество схем того, как можно на самом деле пытаться выполнять вычисления.

Одной из наиболее важных из этих структур являются нейроморфные или резервуарные вычисления с нейроморфным компьютером, имитирующим мозг. Эта концепция лежит в основе бурного развития машинного обучения и искусственного интеллекта за последние несколько десятилетий и приводит к потенциально нелинейному компьютеру, в котором выходные данные не пропорциональны входным данным. Это желательно, поскольку это может привести к достаточно гибкой вычислительной архитектуре, чтобы можно было получить любой заданный результат при наличии подходящего ввода.

То есть, если мы планируем получить какой-то конкретный результат вычислений, нам гарантируется, что существует какой-то ввод в вычисление, который позволит его достичь. Это невозможно, если наша система демонстрирует только линейный отклик! Команда предложила нелинейный одноатомный компьютер с входной информацией, закодированной непосредственно в свет, и выводом также в виде света. Затем расчет определяется фильтрами, через которые проходит световой поток.

Это исследование подтвердило, что такой подход работает в принципе, а также подтвердил тот факт, что система работала лучше, когда входной свет был спроектирован таким образом, чтобы вызвать более высокую степень нелинейности в системе. Вероятно, что в этой работе ученые пытались подчеркнуть, что минимальная система, способная к вычислениям, действительно существует на уровне одного атома и что вычисления могут выполняться исключительно с помощью оптических процессов.