Fotonický Ising. Kredit: Queen's University.

Isingův počítač je vážně neuvěřitelná věc. Funguje úplně jinak než počítače, s nimiž se setkáváme každý den. Je založený na sto let starém matematickém modelu ferromagnetismu ve statistické mechanice, který vytvořili němečtí fyzici Ernst Ising a Wilhelm Lenz. Model tvoří diskrétní proměnné, které představují magnetické dipólové momenty atomových „spinů“ a nabývají binární hodnoty +1 nebo -1.

Bhavin Shastri uprostřed. Kredit: Queen's University.

Počítač fungující na Isingově modelu extrémně rychle řeší kombinatorické optimalizační problémy, Dělá to tak, že napodobuje fyzikální procesy. Řešené problémy mapuje na síť navzájem propojených „spinů“ a hledá stav s minimální energií, který představuje nejlepší možné řešení.

Výzkumný tým kanadské Queen's University postavil fantastickou mašinu, fotonický Isingův počítač, který k řešení komplexních problémů využívá světlo. Mohl by počítat věci jako je skládání proteinů (pro vývoj léků) nebo třeba dělení čísel (pro kryptografii). Postavili ho z běžně dostupných komponent, pracuje i při pokojové teplotě a nikoliv jen blízko absolutní nule, je pěkně stabilní a zvládne miliardy operací za sekundu.

Isingův mechanismus. Kredit: Al-Kayed et al. (2025), Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-09838-7

Fotonický Isingův počítač spotřebovává výrazně méně energie než jiné pokročilé výpočetní systémy. Během testování fungoval bez problémů celé hodiny, což je nezbytné pro řešení náročných problémů, které vyžadují opakované kroky. Tradiční Isingův model je založený na spinech, což fotonický Ising nahrazuje světelnými pulzy, které jsou buď přítomné či nepřítomné.

Tyto světelné pulzy se pohybuje ve smyčce, navzájem interagují, a nakonec dospějí ke konfiguraci, která představuje požadovaný výsledek. Je to jako když skupina lidí dosáhne shody po rychlé výměně názorů. Jak k tomu šibalsky dodává Shastri, udělali ze světla řešení problémů.

Je to průlom ve výpočetních technologiích, který ukazuje, že je možné na Isingově modelu udělat praktický počítač, který bude vhodný pro řešení extrémně obtížných problémů. Tým, který vedl Bhavin Shastri, k tomu použil komerčně dostupné lasery, optická vlákna a optické modulátory, což jsou v podstatě věci, které dnes pohánějí infrastrukturu internetu. S pěti komponentami postavili stroj co modeluje 256 spinů a poráží podobné projekty, které spolkly miliardy dolarů. Shastriho laborka na tom dál pracuje a poohlíží se po komerčních partnerech, s nimiž by rozjeli pilotní aplikace.

Video: Ising Computers #1: Introduction

Video: Ising Computers #2: The Number Partitioning Problem

Video: Ising Computers #3: The Max-Cut Problem

Literatura

Queen's University 21. 1. 2026.

Nature 17. 12. 2025.