Zo zou je met een analoge computer optimaliseringsproblemen kunnen oplossen (afb: Loughboroughuniversiteit)

We zijn gewend dat computers werken met digitale technologie. Alle ogen lijken  in dit veld tegenwoordig gericht op die fabelachtige kwantummachine, maar nu denken twee wetenschappers dat de analoge computer een heuse concurrent zou kunnen worden in computerland, die de huidige digitale supercomputers (mogelijk) fluitend achter zich (zouden kunnen) laten en in ieder geval een stuk goedkoper zouden zijn dan die vervaarlijke kwantumrekentuigen.
Het idee is om tijdvertraging te gebruiken om de te nemen hobbels in optimaliseringsproblemen te slechten. Anders dan optimaliseringsalgoritmen die nu gebruikt worden is het op de analoge wijze niet nodig om ingewikkelde beslissingsprocedures te gebruiken of ingewikkelde code. Dat zou bereikt kunnen worden met analoge apparaten zoals oude buis-tv’s.
In theorie heeft iemand daarvoor een soort volumeknop nodig, waarmee zijhij de tijdvertraging kan regelen. Het idee is uitgewerkt door Natalia Janson en Chris Marsden van de Loughbourough-universiteit (VK) in twee artikelen in het tijdschrift Chaos van het Amerikaans instituut van natuurkunde (AIP) (zie onder).

Volgens Janson is optimalisering te zien als een reis van een denkbeeldige golfbal over/in een landschap met veel bobbels en kuilen op verschillende hoogtes naar het laagste punt. “Je kan je voorstellen dat de bodem in beweging komt door een aardbeving, waardoor de bal over de scheidingen van de diverse kuilen springt. Zo doen digitale computers dat. De bal zou ook, contra-intuïtief door die scheidingen tussen de kuilen kunnen via kwantumtunneling, wat in kwantumrekentuigen wordt gebruikt. De nieuwe alternatieve manier maakt gebruik van nogal ingewikkelde verschijnselen die optreden in niet-lineaire systemen, die in de wiskunde bekend staan als bifurcaties.”

Een bifurcatie is een plotselinge verandering in het systeemgedrag als een parameter maar een heel klein beetje is veranderd. Die bifurcaties worden volgens Janson veroorzaakt door tijdvertraging in het spel te brengen. Die tijdvertraging fungeert als een parameter. Neemt die toe dan wordt in feite de scheiding tussen de diverse kuilen geslecht en kan de golfbal de diverse kuilen ‘onderzoeken’, aldus de onderzoekster. Daarmee slecht je de hobbels in het oplossen van een optimaliseringsprobleem, stelt ze.

Bron: Alpha Galileo

• Janson and C.J. Marsden, Delay-induced homoclinic bifurcations in modified gradient bistable systems and their relevance to optimization, Chaos 31, 093120 (2021) (Editor’s pick) https://doi.org/10.1063/5.0035959
• Natalia B. Janson and Christopher J. Marsden, “Optimization with delay-induced bifurcations”, Chaos 31, 113126 (2021) https://doi.org/10.1063/5.0058087