211service.com
Dataloger bygger Cellular Automaton Supercollider
En af de tidligste opdagelser i Livets spil var svæveflyet, et selvforstærkende mønster, der bevæger sig diagonalt hen over gitteret i en cellulær automat.Svævefly er vigtige, fordi de overfører information i denne virtuelle verden. De laver også interessante ting. Når svævefly kolliderer, kan de danne mere komplekse objekter såsom svævefly. Når de rammer andre genstande, kan de skubbe eller trække dem rundt.
Faktisk kan svævefly arrangeres på en måde, der behandler information som logiske porte. Det tog ikke dataloger lang tid at vise, at sådanne arrangementer kan gøres beregningsmæssigt ækvivalente med en Turing-maskine. Med andre ord kan svævefly beregne.
Den idé har vakt interesse hos forskellige dataloger gennem årene. (Ikke den mindste af dem er Stephen Wolfram, der møjsommeligt har karakteriseret de beregningsmæssige egenskaber ved cellulære automater og offentliggjort sine ideer som A New Kind of Science.)
Denne måde at tænke på rejser et interessant spørgsmål: hvordan bygger man en nyttig computer ud af svævefly.
I 2002 kom Tommasso Tofoli ved Boston University på en interessant idé. Svævefly er ikke de eneste partikler, der bevæger sig i Game of Life. Der er adskillige andre med forskellige egenskaber som hastighed og form. Når disse kolliderer, kan de danne andre partikler, som strømmer af i andre retninger.
Men her er sagen. Hver partikel er ikke mere end en streng af bits. Når en partikel interagerer med en anden, kan bitstrengene ende med at blive modificeret til at producere andre bitstrenge. Toffolis indsigt var at forstå, at denne proces i det væsentlige er en beregning, og at svævefly superkollidere kunne udføre komplekse beregninger.
I dag annoncerer Genaro Martinez ved University of the West of England i Bristol og et par venner, at de har skabt og testet netop sådan en svæveflyvecyklotron.
At lave sådan en enhed er ikke helt ligetil. Partikler i en cellulær automat har tendens til at bevæge sig i lige linjer, så en udfordring er at finde måder at styre strålerne, så de kolliderer. Martinez og co løser dette ved at dirigere stråler forbi andre virtuelle strukturer, der opfører sig som magneterne i rigtige partikelacceleratorer, og sparker partikler på linje, når de passerer.
Og for at sætte prikken over i'et har Martinez og co konstrueret kollisioner mellem sværme af svævefly på en sådan måde, at de udfører beregninger.
Det er imponerende, men hvorfor er det mere nyttigt end andre former for beregning? Svaret er todelt. For det første siger Martiniez og venner, at disse superkollidere kan efterligne en hel klasse af naturlige kollisioner, som ellers er svære at modellere. De tænker på ting som knæk, vejrtrækninger og solitoner i molekylære kæder, faser i kvasi-krystaller, knæk i ferromagneter og så videre.
Denne form for kollisionsbaseret beregning har en stor fordel i forhold til konventionel databehandling, fordi den allerede deler mange egenskaber til fælles med det system, den emulerer. Det har potentialet til at gøre modelleringen nemmere og mere præcis.
Den anden grund er, at det godt kan være muligt at skabe svævecyklotroner ved hjælp af visse slags polymerkæder, som kan fås til at opføre sig som cellulære automater. Hvis dette var muligt, ville en beregning tvinge et relativt simpelt fysisk system til at simulere opførselen af et meget mere komplekst system.
Det er en stor præmie, hvis det kan opnås. Og deri ligger rubbet. Der er ingen mangel på lovende ideer og endda prototyper af ukonventionelle former for computing (vi har set på få fra denne gruppe på University of the West of England før). Men med undtagelse af kvanteberegning, er eksempler på virkelig nyttige applikationer endnu få og langt imellem.
Martinez og co siger, at de arbejder på at bygge superkollidere ud af polymerkæder. Vi holder øje med, hvordan de klarer sig.
Ref: arxiv.org/abs/1105.4332 : Cellular Automaton Supercolliders