В нашем понимании термин "компьютер" означает любое устройство, способное принимать исходную информацию, обрабатывать ее и выдавать результаты этой обработки в каком-либо виде. И достаточно давно ученые и инженеры задаются вопросом, насколько маленькие объекты могут использоваться для проведения вычислений, или, другими словами, насколько маленькими могут быть компьютеры?
Поиск ответов на эти вопросы становится все более важным в свете того, что современные транзисторы уже приближаются к пределам их миниатюризации и дальнейшее развитие области вычислительной техники требует поисков и разработок совершенно новых парадигм.
Не так давно исследователи из Тулейнского университета (Новый Орлеан, Луизиана) продемонстрировали на практике, насколько маленьким может быть сделан примитивный компьютер. В качестве основного и единственного вычислительного узла этого компьютера используется одиночный атом, который выступает одновременно в роли хранилища и обработчика информации, представленной в оптическом виде.
В "одноатомном компьютере" исходные данные и программа для их обработки заключаются в одном импульсе лазерного света, который имеет определенную форму, фазовый сдвиг и другие характеристики. Этот импульс освещает атом, который формирует вторичный импульс света, в котором уже содержатся результаты обработки переданной информации по заданной программе. Ответный импульс проходит через череду фильтров, детектируется, и из него извлекаются результаты вычислений в числовой форме.
Достаточно важное значение имеет то, что обработка информации таким "одноатомным" компьютером выполняется по нейроморфным принципам, т.е. по принципам, копирующим работу нейронов головного мозга. Это, в свою очередь, позволит в будущем использовать нечто подобное для создания новых компьютеров, идеально подходящих для реализации систем искусственного интеллекта и глубинного машинного обучения.
"Наши исследования представили доказательства работоспособности такого принципа построения вычислительного узла. Более того, мы определили, что система работала лучше, когда параметры входного потока света были подобраны для получения максимальной нелинейности в системе" - пишут исследователи, - "Но главным результатом является то, что единственный атом представляет собой минимально возможную систему, способную производить вычисления исключительно оптическим способом".