Фотонен компютър на базата на клетъчни автомати: нов поглед върху изчисленията
Компютрите стават все по-мощни и по-малки, само че силициевата технология наближава своя лимит. Транзисторите, които към този момент са десетки милиарди в компютърните чипове, скоро няма да могат да се смаляват още повече заради индустриалните компликации. Затова учените интензивно търсят различни способи за калкулации, които не разчитат на силициевите транзистори.
Един подобен способ е фотонният компютър, който употребява светлина вместо електричество, сходно на метода, по който оптичните кабели замениха медните проводници в компютърните мрежи. Светлината има огромен информативен потенциал и може да трансферира данни по-бързо и по-далече от електричеството. Но може ли светлината да се употребява освен за връзка, само че и за калкулации?
Изследователи от Калифорнийския софтуерен институт, ръководени от Алиреза Маранди, професор по електроинженерство и приложна физика, се пробват да отговорят на този въпрос. Те са създали фотонен компютър, основан на клетъчни автомати – компютърни модели, състоящи се от мрежа от „ кафези “, които могат да живеят, да умират, да се възпроизвеждат и да еволюират в многоклетъчни същества с неповторимо държание.
Клетъчните автомати не са нова концепция. Един от най-известните образци е „ Играта на живота “ или „ Играта на Конуей “, създадена от британския математик Джон Конуей през 1970 година Това е компютърна игра, в която клетките на мрежа живеят или умират в сходство с четири елементарни правила. От тези правила се получават комплицирани форми и държание на клетките, които са получили имена като: кошничка за самун, пчелен кошер, жаба и тежък галактически транспортен съд.
Клетъчните автомати притеглят вниманието на математиците и теоретиците от региона на компютърните науки, само че те могат да имат и на практика приложения. Някои от тях могат да се употребяват за генериране на инцидентни цифри, физични симулации и криптография. Други са също толкоз мощни в изчислително отношение, колкото и обичайните компютърни архитектури – най-малко по принцип.
В прочут смисъл тези насочени към дилемите клетъчни автомати наподобяват на колектив от мравки, в който простите дейности на обособените мравки се комбинират в по-големи групови дейности, като копаене на тунели или събиране и снабдяване на храна в гнездото. По-напредналите клетъчни автомати, които имат по-сложни правила (макар и към момента основани на прилежащи клетки), могат да се употребяват за на практика изчислителни задания, като да вземем за пример различаване на обекти в изображение.
Маранди изяснява:
„ Очаровани сме от вида комплицирано държание, което можем да симулираме с релативно елементарен фотонен хардуер, само че сме в действителност разчувствани от капацитета на по-усъвършенстваните фотонни клетъчни автомати за на практика изчислителни приложения “.
Маранди добавя, че клетъчните автомати са подобаващи за фотонни калкулации по няколко аргументи. Тъй като обработката на информацията се прави на извънредно локално равнище (спомнете си, че в клетъчните автомати клетките взаимодействат единствено с непосредствените си съседи), те отстраняват нуждата от огромна част от хардуера, който прави фотонните калкулации комплицирани: разнообразни гейтове, превключватели и устройства, които другояче са нужни за пренасяне и запазване на светлинната информация.
А високата продуктивност на фотонните калкулации значи, че клетъчните автомати могат да бъдат необикновено бързи. При обичайните калкулации клетъчните автомати могат да бъдат проектирани на компютърен език, който е построен на различен пласт „ машинен “ език под него, който на собствен ред се основава на двоичните нули и единици, съставящи цифровата информация.
За разлика от тях, във фотонния компютър на Маранди клетките на клетъчния автомат са показани от свръхкратки светлинни импулси, които могат да работят три пъти по-бързо от най-бързите цифрови компютри. Когато взаимодействат между тях в мрежа от съоръжение, те могат да обработват информацията в придвижване, без да забавят всички пластове, които са в основата на обичайните компютри. По създание обичайните компютри работят с цифрови симулации на клетъчни автомати, до момента в който компютърът на Маранди работи с същински клетъчни автомати.
„ Свръхбързият темперамент на фотонните интервенции и опцията за използване на фотонни клетъчни автомати върху кристали могат да доведат до идващото потомство компютри, които са в положение да извършват комплицираните логаритми доста по-ефективно от сегашните електронни компютри “, споделя още Маранди.
