Počítač s kulečníkovou koulí - Billiard-ball computer

Fredkin a Toffoli kulečníková koule model A brána. Když jedna kulečníková koule dorazí k bráně vstupem 0 palců nebo 1-in, prochází zařízením bez překážek a vystupuje přes 0-out nebo 1-out. Pokud však a 0 palců kulečníková koule přichází současně jako a 1-in kulečníková koule, srazí se navzájem v levém horním rohu zařízení a přesměrují se, aby se znovu srazily v pravém dolním rohu zařízení. Jeden míč poté vystoupí přes 1-out a druhá koule vystupuje přes spodní část Výstup AND. Tedy přítomnost koule vyzařované z Výstup AND je logicky konzistentní s výstupem brány AND, která bere přítomnost koule na 0 palců a 1-in jako vstupy.

A počítač s kulečníkovou koulí, typ konzervativní logika obvod, je idealizovaný model a reverzibilní mechanický počítač na základě Newtonova dynamika, navržený v roce 1982 Edward Fredkin a Tommaso Toffoli.[1] Místo použití elektronických signálů jako u konvenčních počítač, spoléhá se na pohyb sférického kulečníkové koule v prostředí bez tření vyrobeném z nárazníků, proti kterým se kuličky dokonale odrážejí. Bylo navrženo prozkoumat vztah mezi výpočtem a reverzibilní procesy ve fyzice.

Simulace obvodů s kulečníkovými koulemi

Tento model lze použít k simulaci Booleovské obvody ve kterém dráty obvodu odpovídají dráhám, po kterých může jedna z koulí cestovat, je signál na vodiči kódován přítomností nebo nepřítomností koule na této dráze a brány obvodu jsou simulovány srážkami koulí v místech, kde se jejich cesty kříží. Zejména je možné nastavit dráhy koulí a nárazníků kolem nich, aby vytvořily reverzibilní Toffoli brána, ze kterého lze simulovat jakoukoli jinou logickou bránu Boolean. Proto lze k provedení jakéhokoli výpočetního úkolu použít vhodně nakonfigurované počítače s kulečníkovou koulí.[2]

Simulace kulečníkových koulí v jiných modelech výpočtu

Je možné simulovat kulečníkové počítače na několika typech reverzibilní buněčný automat, počítaje v to blokovat mobilní automaty a mobilní automaty druhého řádu. V těchto simulacích se koule mohou pohybovat pouze konstantní rychlostí v osově-paralelním směru, za předpokladu, že v každém případě již byly použity při použití modelu kulečníkové koule k simulaci logických obvodů. Míčky i nárazníky jsou simulovány určitými vzory živých buněk a pole, přes které se koule pohybují, je v těchto simulacích buněčných automatů simulováno oblastmi mrtvých buněk.[3]

Logické brány založené na počítačových deskách kulečníkových koulí byly také vyrobeny tak, aby fungovaly naživo vojáci krabi druhu Mictyris guinotae místo kulečníkových koulí.[4][5][6]

Viz také

Reference

  1. ^ Fredkin, Edward; Toffoli, Tommaso (1982), „Konzervativní logika“, International Journal of Theoretical Physics, 21 (3–4): 219–253, Bibcode:1982IJTP ... 21..219F, doi:10.1007 / BF01857727, PAN  0657156.
  2. ^ Durand-Lose, Jérôme (2002), „Computing inside the billiard ball model“, in Adamatzky, Andrew (vyd.), Kolizní výpočetní technika, Springer-Verlag, str. 135–160, ISBN  978-1-4471-0129-1.
  3. ^ Margolus, N. (1984), „Fyzikální modely výpočtu“, Physica D: Nelineární jevy, 10: 81–95, Bibcode:1984PhyD ... 10 ... 81M, doi:10.1016/0167-2789(84)90252-5. Přetištěno Wolfram, Stephen (1986), Teorie a aplikace celulárních automatůPokročilé řady pro složité systémy, 1, World Scientific, s. 232–246.
  4. ^ Gunji, Yukio-Pegio; Nishiyama, Yuta; Adamatzky, Andrew (2011), "Robustní voják Krabí míčová brána", Složité systémy, 20 (2): 93–104, arXiv:1204.1749, Bibcode:2012arXiv1204.1749G.
  5. ^ Solon, Olivia (14. dubna 2012), „Počítač postavený pomocí rojů krabů vojáků“, Kabelové.
  6. ^ Aron, Jacob (12. dubna 2012), „Počítače poháněné roje krabů“, Nový vědec, archivovány z originál dne 2013-04-13.