數十年來，解決更複雜問題的方案一直是建造更強大的電腦，但這是否根本就是錯誤的策略呢？一些問題之所以讓電腦無法解決，並不是因為它們神秘，而是因為可能的答案實在太多了。從創造新藥到破解密碼，選擇的數量增長速度之快，即使是世界上最快的計算機也無法檢查所有選項。如今，來自皇后大學的研究人員創造了一種不同類型的電腦——它使用光而非電子來克服這一問題。這台機器由普通的互聯網硬體構建並在室溫下運行，顯示出物理本身可以作為通往其他無法解決問題的捷徑。研究作者指出，他們引入了一種可編程、穩定、基於光電子振盪器（OEO）的伊辛機器。
伊辛機器是一種專門設計來解決優化問題的計算機——這類問題的目標是在大量可能性中尋找最佳解決方案。許多現實世界的問題，如蛋白質摺疊、密碼學、交通路由或供應鏈，都屬於優化問題。主要問題在於，隨著這類問題的增長，可能解的數量會呈指數增長，以至於即使量子計算機和超級計算機也難以跟上。例如，想像一個大型快遞公司為其配送合作夥伴規劃路線。每增加一個停靠點，安排配送的可能方式便會急劇增加。五個停靠點時，只有 12 種可能的路線；十個停靠點時，則有 180,000 種；而二十個停靠點時，則超過 60 萬億種選擇。增加到五十個時，檢查每一種可能性所需的時間將超過宇宙的年齡。
為了解決這一問題，研究人員轉向了一個已有百年歷史的物理概念——伊辛模型。在這個模型中，一個問題被表示為一組名為自旋的微小磁鐵，它們可以向上或向下指。該系統自然地試圖穩定到最低能量狀態，這對應於問題的最佳解決方案。
在這項研究中，研究人員沒有使用真正的磁鐵，而是使用了光脈衝。在他們的機器中，每個“自旋”由光脈衝的存在或缺失來表示。這些脈衝在由標準激光器、光纖和調製器組成的回路中循環，這些組件已經在互聯網中傳遞數據。隨著光脈衝不斷相互作用，它們互相影響，逐漸穩定到一個穩定的模式。這個最終模式編碼了一個好的解決方案，就像一群人迅速交流意見，直到達成共識。
這種方法有兩個主要優勢。首先，光的移動速度極快，允許系統每秒執行數十億次操作。其次，與許多需要超低溫或特殊材料的實驗計算系統不同，這台機器在室溫下運行，使其更具能源效率和實用性。根據研究人員的說法，僅使用五個基本元件，“我們的架構能夠解決最多 256 個自旋（65,536 個耦合）和 41,000 個稀疏自旋（超過 205,000 個耦合）的全連接問題”，已經超越了其他成本更高且通常在毫秒後崩潰的光學伊辛機器。此外，該系統穩定了數小時，這使其能夠探索具有數十萬變量的複雜問題。
這項工作的影響遠遠超出物理學的範疇。高效的優化在藥物發現、密碼學、城市規劃、物流、金融和能源系統中都是核心。能夠可靠地解決這些問題的機器——無需大量電力消耗或極端冷卻——可能會改變各行各業的決策方式。然而，這並不是對傳統或量子計算機的普遍替代。該系統高度專業化，擅長優化，但不適用於通用計算。研究人員目前正致力於擴大系統規模、提高能源效率，並與行業合作測試現實應用。如果成功，這種基於光的計算方法可能標誌著計算領域新時代的開始。這項研究已發表在《自然》（Nature）期刊上。
