Informatycy budują automat komórkowy superzderzacz

Jedno z najwcześniejszych odkryć w Gra życia był szybowcem, samonapędzającym się wzorem, który porusza się po przekątnej siatki w automacie komórkowym.

Szybowce są ważne, ponieważ przekazują informacje w tym wirtualnym świecie. Robią też ciekawe rzeczy. Kiedy szybowce zderzają się, mogą tworzyć bardziej złożone obiekty, takie jak pistolety szybowcowe. Kiedy uderzają w inne przedmioty, mogą je pchać lub ciągnąć.

W rzeczywistości szybowce można ustawić w taki sposób, aby przetwarzały informacje, takie jak bramki logiczne. Naukowcom komputerowym nie zajęło dużo czasu wykazanie, że takie aranżacje mogą być obliczeniowo równoważne z maszyną Turinga. Innymi słowy, szybowce potrafią obliczać.

Pomysł ten przez lata wzbudzał zainteresowanie różnych informatyków. (Nie mniej ważny jest Stephen Wolfram, który skrupulatnie scharakteryzował właściwości obliczeniowe automatu komórkowego i opublikował swoje pomysły jako A New Kind of Science).

Ten sposób myślenia rodzi interesujące pytanie: jak zbudować użyteczny komputer z szybowców.

W 2002 roku Tommasso Tofoli z Boston University wpadł na ciekawy pomysł. Szybowce to nie jedyne cząstki poruszające się w grze w życie. Istnieje wiele innych o różnych właściwościach, takich jak szybkość i kształt. Kiedy te zderzają się, mogą tworzyć inne cząstki, które spływają w innych kierunkach.

Ale o to chodzi. Każda cząsteczka to tylko ciąg bitów. Kiedy jedna cząstka wchodzi w interakcję z inną, ciągi bitów mogą zostać zmodyfikowane w celu wytworzenia innych ciągów bitów. Spostrzeżenie Toffoli polegało na zrozumieniu, że proces ten jest zasadniczo obliczeniem, a superzderzacze szybowcowe mogą przeprowadzać złożone obliczenia.

Dziś Genaro Martinez z University of the West of England w Bristolu i kilku kumpli ogłasza, że ​​stworzyli i przetestowali właśnie taki szybowcowy cyklotron.

Wykonanie takiego urządzenia nie jest całkiem proste. Cząsteczki w automatach komórkowych mają tendencję do poruszania się po liniach prostych, więc jednym z wyzwań jest znalezienie sposobu na takie sterowanie wiązkami, aby się zderzały. Martinez i jego współpracownicy rozwiązują ten problem, kierując wiązki obok innych wirtualnych struktur, które zachowują się jak magnesy w prawdziwych akceleratorach cząstek, wyrzucając cząstki w linię podczas ich przechodzenia.

Aby położyć wisienkę na torcie, Martinez i jego współpracownicy zaprojektowali zderzenia między rojami szybowców w taki sposób, aby przeprowadzały obliczenia.

To imponujące, ale dlaczego jest bardziej przydatne niż inne formy obliczeń? Odpowiedź jest dwojaka. Po pierwsze, Martiniez i jego koledzy twierdzą, że te superzderzacze mogą naśladować całą klasę naturalnych zderzeń, które w inny sposób są trudne do modelowania. Myślą o takich rzeczach jak załamania, oddechy i solitony w łańcuchach molekularnych, fazony w quasi-kryształach, załamania w ferromagnetykach i tak dalej.

Ten rodzaj obliczeń kolizyjnych ma dużą przewagę nad konwencjonalnymi obliczeniami, ponieważ ma już wiele wspólnych właściwości z systemem, który emuluje. Ma to potencjał, aby modelowanie było łatwiejsze i dokładniejsze.

Drugim powodem jest to, że możliwe jest stworzenie szybowcowych cyklotronów przy użyciu pewnych rodzajów łańcuchów polimerowych, które mogą zachowywać się jak automaty komórkowe. Gdyby to było możliwe, obliczenia zmusiłyby stosunkowo prosty system fizyczny do symulowania zachowania znacznie bardziej złożonego.

To duża nagroda, jeśli można ją osiągnąć. I w tym tkwi problem. Nie brakuje obiecujących pomysłów, a nawet prototypów niekonwencjonalnych form informatyki (niektóre z tej grupy przyglądaliśmy się wcześniej na University of the West of England). Ale z wyjątkiem obliczeń kwantowych, przykłady naprawdę użytecznych zastosowań są jak dotąd nieliczne.

Martinez i spółka twierdzą, że pracują nad budowaniem superzderzaczy z łańcuchów polimerowych. Będziemy obserwować, jak sobie poradzą.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1105.4332 : Superzderzacze automatów komórkowych

ukryć