Учёные из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Стэнфорда собрали крупнейший вероятностный компьютер — с 1 миллионом p-bits (probabilistic bits). Результаты они выложили на ArXiv 24 июня.
P-bits — это мостик между обычными битами и кубитами. Обычный бит — строго 0 или 1. Кубит может быть и 0, и 1 одновременно. А p-bit переключается между нулём и единицей с настраиваемой вероятностью. По отдельности такой бит бесполезен — слишком шумно. Но когда много p-bits работают вместе и коррелируют друг с другом, они хорошо решают стохастические задачи — например, оптимизацию маршрутов доставки. В отличие от QUBO-устройств или Ising machines, вероятностный компьютер — программируемая машина общего назначения, объясняет Керем Чамсары, профессор UCSB.
Раньше рекорды были скромнее: в 2019 году Nature показала компьютер с 8 p-bits, к 2023 году сделали машину на 7200 p-bits. Проблема была в масштабировании — устройства работали на одном чипе, а объединять несколько чипов через провода сложно: синхронизировать случайные флуктуации между ними почти невозможно. Поэтому в отрасли сомневались, можно ли вообще построить большой вероятностный компьютер.
Новая система использует 18 программируемых чипов — FPGA. В ней нет физических переключающихся битов, p-bits симулируются программно. Сеть из 18 FPGAs выдает больше триллиона переключений в секунду. Главный сюрприз, по словам Навида Анджума Аадита из Стэнфорда: чипы общаются без глобальной тактовой синхронизации. Команда нашла простое предсказуемое правило: как быстро разные чипы должны обмениваться данными, чтобы работать как один компьютер. Если скорость ниже порога — падает точность. Но если порог соблюдён, машина работает корректно.
Исследователи говорят, что это открывает путь к сборке вероятностных компьютеров произвольного размера из множества чипов — как сегодня собирают обычные серверы. В будущем они хотят делать специализированные чипы, например на магнитных туннельных переходах — они гораздо энергоэффективнее стандартных. Системы, комбинирующие CMOS с плотной стохастической памятью вроде MRAM, Чамсары и Аадит называют одним из самых перспективных направлений.