Datavetare bygger Cellular Automaton Supercollider

En av de tidigaste upptäckterna i Game of Life var segelflygplanet, ett självförevigande mönster som rör sig diagonalt över nätet i en cellulär automat.

Glider är viktiga eftersom de överför information i denna virtuella värld. De gör också intressanta saker. När segelflygplan kolliderar kan de bilda mer komplexa föremål som glidgevär. När de träffar andra föremål kan de trycka eller dra runt dem.

I själva verket kan segelflygplan arrangeras på ett sätt som bearbetar information som logiska grindar. Det tog inte lång tid för datavetare att visa att sådana arrangemang kan göras beräkningsmässigt likvärdiga med en Turing-maskin. Med andra ord kan segelflygplan beräkna.

Den idén har väckt intresset hos olika datavetare genom åren. (Inte den minsta är Stephen Wolfram som noggrant har karakteriserat cellulära automaters beräkningsegenskaper och publicerat sina idéer som A New Kind of Science.)

Detta sätt att tänka väcker en intressant fråga: hur bygger man en användbar dator av glidflygplan.

2002 kom Tommasso Tofoli vid Boston University på en intressant idé. Glider är inte de enda partiklarna som rör sig i Game of Life. Det finns många andra med olika egenskaper som hastighet och form. När dessa kolliderar kan de bilda andra partiklar som strömmar av i andra riktningar.

Men här är grejen. Varje partikel är inte mer än en sträng av bitar. När en partikel interagerar med en annan kan bitsträngarna i slutändan modifieras för att producera andra bitsträngar. Toffolis insikt var att förstå att denna process i grunden är en beräkning och att glidflygplanssuperkollider kan utföra komplexa beräkningar.

Idag meddelar Genaro Martinez vid University of the West of England i Bristol och några kompisar att de har skapat och testat just en sådan glidercyklotron.

Att göra en sådan enhet är inte helt okomplicerat. Partiklar i en cellulär automat tenderar att röra sig i raka linjer så en utmaning är att hitta sätt att styra strålarna så att de kolliderar. Martinez och co löser detta genom att dirigera strålar förbi andra virtuella strukturer som beter sig som magneterna i riktiga partikelacceleratorer och sparkar partiklar i linje när de passerar.

Och för att sätta grädden på moset har Martinez och co konstruerat kollisioner mellan svärmar av segelflygplan på ett sådant sätt att de utför beräkningar.

Det är imponerande men varför är det mer användbart än andra former av beräkningar? Svaret är dubbelt. För det första säger Martiniez och kompisar att dessa superkolliderar kan efterlikna en hel klass av naturliga kollisioner som annars är svåra att modellera. De tänker på saker som veck, andningshål och solitoner i molekylkedjor, faser i kvasikristaller, veck i ferromagneter och så vidare.

Den här typen av kollisionsbaserad beräkning har en stor fördel jämfört med konventionell datoranvändning eftersom den redan delar många egenskaper gemensamma med systemet den emulerar. Det har potential att göra modelleringen enklare och mer exakt.

Det andra skälet är att det mycket väl kan vara möjligt att skapa glidcyklotroner med hjälp av vissa typer av polymerkedjor, som kan fås att bete sig som cellulära automater. Om detta var möjligt skulle en beräkning tvinga ett relativt enkelt fysiskt system att simulera beteendet hos ett mycket mer komplext system.

Det är ett stort pris, om det kan uppnås. Och däri ligger rubbet. Det finns ingen brist på lovande idéer och till och med prototyper av okonventionella former av datoranvändning (vi har tittat på få från denna grupp vid University of West of England tidigare). Men med undantag för quantum computing är det ännu få och långt mellan exempel på riktigt användbara applikationer.

Martinez och co säger att de arbetar med att bygga superkolliderar av polymerkedjor. Vi kommer att titta för att se hur de går.

Ref: arxiv.org/abs/1105.4332 : Cellular Automaton Supercolliders

Dölj