Представлена оптическая вычислительная система, которая способна работать со скоростью свыше гигабайта в секунду. Причем это не единичный аналог транзистора или какого-то столь же простого устройства, а полноценный блок распознавания речи.

Экспериментальная система, собранная испанскими специалистами и описанная на страницах Nature Communictions, определяет то, какие цифры назвал человек и, сверх того, отличает людей по голосу. В отличие от недавно описанного оптического квантового компьютера, который решал практически бесполезную задачу, детище группы из университета Балеарских островов в Пальме-де-Майорке делает то, что необходимо, например, сотовым операторам или банковским системам - везде, где пользователь может позвонить, скажем, для блокировки банковской карты или смены тарифа.

Причем ключевой элемент нового устройства сделан на основе оптических элементов: из электрических там только небольшой лазер и специальный "быстрый", то есть способный отслеживать очень короткие импульсы, светодиод. Именно в этом переходе от электрических сигналов к световым и состоит смысл изобретения. Свет из сугубо теоретических соображений и фундаментальных законов физики может обрабатывать информацию не просто быстрее электричества, а во много раз быстрее. В миллионы раз, например.

И в оптоволоконных линиях связи это уже вовсю используется: магистральные каналы, которые соединяют между собой серверы, заполнены световыми импульсами, от меди давно отказались из-за недостаточной скорости. Да и оптическая линия до частных домов уже не экзотика: вдобавок к скорости, такие каналы связи отличаются лучшей помехозащищенностью. Другое дело, что обработка данных и их передача - это разные операции.

Для обработки информации сигнал надо не просто доставить из пункта А в пункт Б с наименьшими искажениями, а целенаправленно поменять. Еще неплохо бы сохранять данные в памяти и считывать оттуда, но это уже отдельная проблема, которой испанские ученые не касались. Им было достаточно сравнительно краткосрочного хранения информации, которое вполне достижимо в рамках сравнительно новой концепции под названием reservoir computing - устоявшегося перевода на русский нет, так что мы воспользуемся термином "вычисления в оптоволокне".

Вычисления в оптоволокне основаны на том, что довольно длинный кабель сворачивается в кольцо, к которому подключается лазер, устройство для оперативного изменения яркости света, усилитель для компенсации потерь и, естественно, измеряющий яркость на выходе детектор. За счет возможности менять яркость на входе в систему "закачивается" сигнал, а далее в дело вступают законы так называемой нелинейной оптики.

Нелинейная оптика - это раздел оптики, в котором изучается распространение света в среде, которая сама по себе меняется при прохождении света. В обычном воздухе или стекле обычный же (то есть не слишком яркий) свет ничего не меняет и потому можно скрестить вместе два луча разного цвета и они друг на друга не повлияют. А в нелинейной оптике свет может, к примеру, повышать коэффициент преломления и за счет этого мощный луч лазера сам себя фокусирует. Или - другой эффект - красный луч внезапно порождает зеленый. Вычисления в оптоволокне предполагают то, что первая порция фотонов поменяет свойства среды так, что идущие следом кванты уже поведут себя как-то иначе: и сигнал в целом начнет меняться. Поскольку свойства оптоволокна известны, а сигналом мы можем управлять, то можно добиться не просто бесполезных искажений и помех, а совершенно конкретных преобразований.

В 2012 году в журнале Scientific Reports бельгийские исследователи представили описание работающей на принципе вычислений в оптоволокне системы, спустя год испанский коллектив описал практическое приложение такой схемы. Так что прогресс в компьютерной технике связан не только с многообещающими наноматериалами и уж тем более не только с появлением новых смартфонов или "облачных" приложений. Фундаментальные изменения предполагают принципиально новые подходы к самим вычислениям и к самой архитектуре компьютеров - мы недавно писали, кстати, про совершенно новый тип вычислительных систем, в которых одни и те же элементы служат как ячейками памяти, так и логическими элементами.