СВЕТ И КОМПЬЮТЕРЫ БУДУЩЕГО

Мерцание множества зеленых светящихся нитей вызывает ассоциацию с елкой, однако речь пойдет не о зимних праздниках. Это исследовательская аппаратура, лучи лазера, с использованием которых ученые связывают создание компьютеров нового поколения.

ОПТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, НА КОТОРОЙ СОБИРАЕТСЯ СХЕМА, основана на лазере когерентного излучения и различных оптических элементах, оказывающих воздействие на лазерный луч, который распространяется через систему зеркал. Исследуется взаимодействие света с жидкими кристаллами, через которые передается изображение, искаженное воздействием других факторов. Исследование возможностей восстановления первоначального изображения непосредственно связано с созданием компьютеров будущего.

В течение своей в общем-то недолгой истории компьютерная техника пережила несколько этапов развития. На смену электронным лампам пришли транзисторы, затем интегральные схемы с огромным количеством элементов. Но задачи, которые необходимо выполнять, усложняются, требования к скорости вычислений растут, создание более совершенных машин стало насущной необходимостью. Мир с нетерпением ждет появления квантового компьютера, что во многом связано с развитием квантовой теории. Исследованиями этого направления занимаются в разных странах, в том числе и в Армении. Полученные результаты дают основания полагать, что цель - создание квантового компьютера - будет успешно достигнута, однако всех задач, стоящих перед компьютерной техникой, появление этого специфического устройства не сможет решить, поскольку если квантовый компьютер будет эффективно справляться задачами высокой сложности, имеющими квантовую природу, то выполнение более простых операций потребует неоправданно высоких ресурсных затрат. Неизбежны и технические проблемы, которые, по крайней мере сегодня, ученые не в состоянии устранить.

Значит нужны и другие машины. Сегодня специалисты связывают важный сегмент компьютерной техники будущего с созданием процессоров нового типа на основе использования свойств света. А если точнее, - поставлена очень непростая задача - вместо электрического тока использовать лучи лазера. Но во всех случаях квантовые компьютеры и компьютеры будущего, которые будут использовать возможности света – не конкуренты, они предназначены для решения разных задач.

Проходивший подготовку во Франции кандидат физико-математических наук Мушег РАФАЕЛЯН два года назад вернулся в Армению и начал собирать научную группу для проведения исследований по новому направлению, связанному с оптическими вычислениями. Важную роль в организации этих исследований сыграло получение нескольких грантов Комитета по науке РА, в том числе и на приобретение необходимой аппаратуры. В научную группу, на основе которой была создана новая лаборатория на физическом факультете ЕГУ, вошло одиннадцать человек - как уже защитившие кандидатские диссертации специалисты, так и те, кто только начинает свой путь в науку - аспиранты, магистранты и даже студенты бакалавриата последнего курса, а также оказавшийся в Армении выпускник МГУ Игорь Балашов. Основная задача лаборатории – найти возможности компьютерных вычислений с помощью оптических методов, основанных на оригинальных идеях и возможностях использования свободно распространяющегося света.

ПОЛУЧЕНИЕ ГРАНТОВ ПОЗВОЛЯЕТ ПРОВОДИТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО НЕСКОЛЬКИМ НАПРАВЛЕНИЯМ. Одно из них связано с изображениями, получаемыми в результате прохождения лучей света через среду, где присутствует воздействие других факторов, в результате чего информация подвергается изменениям. Одним из примеров такой среды может служить атмосфера, где на информацию воздействуют потоки воздуха и температурные изменения. Чтобы отфильтровать информацию, определить ее первоначальное состояние, необходимо увеличить ее размерность, то есть, если так можно выразиться, растянуть информацию на большем пространстве, чтобы выделить ее характерные признаки для решения задачи классификации. Идет преобразование из одного пространства, где эти признаки сгруппированы, в пространство, где появляется возможность эти признаки разделить, что имеет прямое отношение к оптическим вычислениям.

В лаборатории, которой руководит Мушег Рафаелян разрабатывается методика, позволяющая компенсировать турбулентность и неоднородность среды, используя оптические, а не компьютерные возможности. Реализуются и другие проекты, связанные с дальнейшим изучением и использованием свойств света для решения разных задач, поиска математического аппарата, обеспечивающего работу системы в компьютерах будущего.

В целом это область аналоговых вычислений, возможных на базе физики и других наук. Стоит задача ускорить и упростить вычисления, что позволит решить задачи, недоступные для современных компьютеров, логика которых достаточно ограничена. С развитием искусственного интеллекта возникает задача – разработать алгоритмы, которые максимально естественно подходят для машинного обучения - создания обучаемых моделей для выполнения разных задач – автоматизации тех или иных процессов, перевода текста, распознавания изображений, выполнения задач обучения, даже прогнозирования курса валют и т.д. Существуют алгоритмы, при использовании которых основная часть ресурсов тратится на сохранение информации в матрицах большого размера, содержащих несколько тысяч элементов, поэтому важно найти алгоритм, обеспечивающий сохранение информации при снижении ресурсных затрат. Эта задача может быть решена благодаря использованию аналоговых свойств света. Компьютеры будущего, над созданием которых работают сегодня ученые, смогут решать более сложные задачи, чем машины, которые используются сегодня, а также удовлетворять и повседневные требования, решать производственные задачи и т.д.

За два года работы коллектив лаборатории, которой руководит Мушег Рафаелян, смог добиться серьезных успехов. Полученные результаты проводимых исследований публикуются в авторитетных международных журналах, что принято считать наиболее важным критерием эффективной научной работы.

Дальнейшие планы связаны не только с продолжением ведущихся сегодня исследований, но и, возможно, созданием новой лаборатории в рамках коллаборации с МГУ, что позволит расширить диапазон проводимых исследований. Ну а пока – время напряженной и результативной работы, которая, будем надеяться, внесет свой вклад в создание компьютеров будущего.