Datorzinātnieki izveido šūnu automātu superkolideru

Viens no agrākajiem atklājumiem Dzīves spēle bija planieris, pašpārliecinošs modelis, kas pārvietojas pa diagonāli pāri tīklam šūnu automātā.

Planieri ir svarīgi, jo tie pārraida informāciju šajā virtuālajā pasaulē. Viņi arī dara interesantas lietas. Kad planieri saduras, tie var veidot sarežģītākus objektus, piemēram, planieri. Kad viņi atsitas pret citiem objektiem, viņi var tos stumt vai vilkt apkārt.

Faktiski planieri var tikt sakārtoti tā, lai apstrādātu informāciju, piemēram, loģiskie vārti. Datorzinātniekiem nebija vajadzīgs ilgs laiks, lai pierādītu, ka šādus izkārtojumus var padarīt skaitļošanas ziņā līdzvērtīgus Tjūringa mašīnai. Citiem vārdiem sakot, planieri var aprēķināt.

Šī ideja gadu gaitā ir izraisījusi dažādu datorzinātnieku interesi. (Ne mazākais no tiem ir Stīvens Volframs, kurš ir rūpīgi raksturojis šūnu automāta skaitļošanas īpašības un publicējis savas idejas kā jaunu zinātnes veidu.)

Šāds domāšanas veids rada interesantu jautājumu: kā no planieriem izveidot noderīgu datoru.

2002. gadā Tommasso Tofoli no Bostonas universitātes nāca klajā ar interesantu ideju. Planieri nav vienīgās daļiņas, kas kustas Dzīves spēlē. Ir daudz citu ar dažādām īpašībām, piemēram, ātrumu un formu. Kad tie saduras, tie var veidot citas daļiņas, kas izplūst citos virzienos.

Bet šī ir lieta. Katra daļiņa ir ne vairāk kā bitu virkne. Kad viena daļiņa mijiedarbojas ar otru, bitu virknes var tikt modificētas, lai radītu citas bitu virknes. Toffoli ieskats bija saprast, ka šis process būtībā ir aprēķins un ka planieri var veikt sarežģītus aprēķinus.

Šodien Dženaro Martiness no Rietumanglijas universitātes Bristolē un daži draugi paziņo, ka ir izveidojuši un izmēģinājuši tieši šādu planierciklotronu.

Šādas ierīces izgatavošana nav gluži vienkārša. Daļiņām šūnu automātā ir tendence kustēties taisnās līnijās, tāpēc viens no izaicinājumiem ir atrast veidus, kā virzīt starus tā, lai tie saduras. Martiness un kolēģi to atrisina, novirzot starus garām citām virtuālām struktūrām, kas uzvedas kā magnēti reālos daļiņu paātrinātājos, virzot daļiņas vienā līnijā, kad tās iet garām.

Un, lai uzliktu glazūru uz kūkas, Martiness un citi ir izstrādājuši sadursmes starp planieru bariem tā, lai tie veiktu aprēķinus.

Tas ir iespaidīgi, bet kāpēc tas ir noderīgāks par citiem aprēķinu veidiem? Atbilde ir divējāda. Pirmkārt, Martinezs un viņa draugi saka, ka šie superkolaideri var līdzināties veselai dabisko sadursmju klasei, kuras citādi ir grūti modelēt. Viņi domā par tādām lietām kā saliekumi, elpas un solitoni molekulārās ķēdēs, fazoni kvazikristālos, saliekumi feromagnētos un tā tālāk.

Šāda veida sadursmju aprēķiniem ir lielas priekšrocības salīdzinājumā ar parasto skaitļošanu, jo tam jau ir daudz kopīgu īpašību ar sistēmu, kuru tā emulē. Tas var padarīt modelēšanu vienkāršāku un precīzāku.

Otrs iemesls ir tāds, ka, iespējams, ir iespējams izveidot planierciklotronus, izmantojot noteikta veida polimēru ķēdes, kuras var likt uzvesties kā šūnu automāti. Ja tas būtu iespējams, aprēķins piespiestu salīdzinoši vienkāršu fizisko sistēmu simulēt daudz sarežģītākas sistēmas uzvedību.

Tā ir liela balva, ja to var sasniegt. Un tur slēpjas berzēšana. Netrūkst daudzsološu ideju un pat netradicionālu skaitļošanas veidu prototipu (mēs iepriekš esam apskatījuši dažas no šīs grupas Rietumanglijas universitātē). Taču, izņemot kvantu skaitļošanu, patiešām noderīgu lietojumu piemēri vēl ir maz.

Martiness un kolēģi saka, ka viņi strādā pie supercollideru izveides no polimēru ķēdēm. Mēs skatīsimies, kā viņiem veiksies.

Atsauce: arxiv.org/abs/1105.4332 : šūnu automātu superkolideri

paslēpties