與使用電子的經典計算機

相反，光學或光子計算使用由鐳射或二極體產生的光子進行計算。由於光子基本上沒有質量並且可以比電子傳播更快，因此光學計算機將具有超快的能效，並能夠透過多個時間或空間光學通道同時處理資訊。

光學計算機中的計算元素-數字計算機的零和零的替代-由光訊號的連續相位表示，通常透過將來自兩個不同光源的兩個光波相加來實現計算。然後將結果投影到“ 0”或“ 1”狀態。

但是，現實生活中存在高度非線性的問題，其中多個未知數在乘法互動的同時會改變其他未知數的值。在這種情況下，以線性方式組合光波的傳統光學計算方法將失敗。

現在，劍橋大學應用數學和理論物理系的納塔利婭·貝洛夫（Natalia Berloff）教授以及斯科爾科沃科學技術學院的博士生尼基塔·斯特羅耶夫（Nikita Stroev）發現，光學系統可以透過將描述光波的波函式相乘而不是相加來組合光。光波之間的連線型別不同。

他們用稱為極化子的準粒子（半光半物質）說明了這一現象，同時將這一思想擴充套件到了更大的光學系統類別，例如光纖中的光脈衝。由於極化子的物質成分，可以在空間中產生微小的脈衝或超連續運動的極化子的斑點，並以非線性的方式相互重疊。

Stroev說：“我們發現關鍵因素是如何將脈衝彼此耦合。” “如果正確地實現了耦合和光強度，光就會成倍增加，從而影響單個脈衝的相位，從而無法解決問題。這使得使用光來解決非線性問題成為可能。”

在這些光學系統的每個元件中，用於確定光訊號相位的波函式乘法來自於自然發生的非線性或外部引入系統的非線性。

斯特羅夫說：“令人驚訝的是，沒有必要將連續的光相位投影到解決二進位制變數問題所必需的'0'和'1'狀態。” “相反，該系統傾向於在尋找最小能量配置時結束時產生這些狀態。這是光訊號倍增的特性。相反，以前的光學機器需要共振激勵才能將相位固定為外部的二進位制值。”

作者還提出並實現了一種方法，可以透過臨時更改訊號的耦合強度來將系統軌跡引向解決方案。

貝洛夫說：“我們應該開始確定可以透過專用物理處理器直接解決的不同類別的問題。” “高階二進位制最佳化問題就是這類問題之一，光學系統可以非常有效地解決它們。”

與現代電子計算機相比，光學計算要證明其在解決難題上的優越性還需要解決許多挑戰：降噪，糾錯，改進的可伸縮性，將系統引導到真正的最佳解決方案。

貝洛夫說：“改變我們的框架以直接解決不同型別的問題可能使光學計算機更接近解決傳統計算機無法解決的現實問題。”