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Optical polarization for ultrafast computing

Projektbeschreibung

Schnelle Lösungen für schwierige Probleme

Da digitale Hardware an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit stößt, haben traditionelle Von-Neumann-Computer mit komplexen kombinatorischen Optimierungsproblemen in Bereichen wie Netzwerke und KI zu kämpfen. Der Bedarf an alternativen Datenverarbeitungsparadigmen ist dringend. Vor diesem Hintergrund erforscht das vom Europäischen Forschungsrat (ERC) finanzierte Projekt LOOP ultraschnelle optische Hardware zur Lösung dieser Probleme. Durch den Einsatz der Polarisation des Lichts schafft LOOP eine optische Ising-Maschine, die mit einer Geschwindigkeit von Pikosekunden arbeitet, also wesentlich schneller als derzeitige Systeme. Bei diesem Verfahren wird die Polarisation als ultraschneller nichtlinearer Oszillator genutzt, um Lösungen zu kodieren und einen skalierbaren, parallelen Rechenmechanismus zu schaffen. Mit der Möglichkeit, NP-lastige Optimierungsprobleme in Mikrosekunden zu lösen, ebnet LOOP den Weg für eine neue Ära der optischen Datenverarbeitung, die die Grenzen der herkömmlichen Elektronik überwindet.

Ziel

Computing impacts every aspect of modern science and society. Von-Neumann computers are inefficient in addressing important combinatorial optimizations widespread from networks to artificial intelligence. Finding alternative paradigms to tackle these intractable problems is now vital as digital hardware approaches its ultimate performance limit. A promising strategy maps the optimization in spin models implemented on a physical setup that evolves as a spin system to the solution. This fascinating scheme has recently attracted huge interest, leading to various electronic and optical Ising machines that, however, remain challenging to scale and speed up.

LOOP is an experimental proposal that aims at creating ultrafast optical hardware for combinatorial optimization by exploiting the polarization of light. The optical polarization is a new ingredient in computing that is absent in electronics. The original idea is to use the polarization as an ultrafast nonlinear oscillator that encodes the spin. We demonstrate the concept by controlling polarization bifurcation in third-order nonlinear crystals by electro-optics, enabling a low-power computing mechanism that operates at picosecond. The main goal is the realization of a polarization Ising machine that solves NP-hard optimization problems with thousands of spins in microseconds. The all-optical machine operates orders-of-magnitude faster than state-of-the-art digital and analog hardware. The scheme is fully parallel and scalable by combining polarization dynamics with spatial light modulation. Moreover, the vectorial nature of the polarization allows to surpass the binary operation of Ising machines. We exploit orbits on the Poincar sphere to realize an ultrafast XY machine for continuous optimization, opening a new direction in optical computing.
LOOP is an interdisciplinary program that spans from nonlinear optics to complex science to establish a new computing paradigm for optimization in the post-Moores law era.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2024-STG

Alle im Rahmen dieser Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen finanzierten Projekte anzeigen

Gastgebende Einrichtung

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA
Netto-EU-Beitrag
€ 1 499 928,00
Adresse
Piazzale Aldo Moro 5
00185 Roma
Italien
Region
Centro (IT) Lazio Roma
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 1 499 928,00

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