Новости Свет - новый инструмент для вычислений с помощью искусственной жизни

[NewsMaker]

Ученые из Caltech рассказали, как энергия света сделает работу клеточных автоматов более эффективной.

---

---

Как создать компьютер быстрее и компактнее, чем современные? Ответ кроется в энергии света и возможностях искусственной жизни. Ученые из Калифорнийского технологического института (Caltech) Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся , как с помощью оптического оборудования можно создавать клеточные автоматы – компьютерные модели, имитирующие живые клетки. Несмотря на свою простоту, подобные клеточные сетки порождают сложные явления и решают вычислительные задачи.

Клетки в клеточных автоматах могут быть живыми или мертвыми. В зависимости от статуса соседей, звенья сетки меняют состояние по определенным правилам. Например, один из самых известных клеточных автоматов, называемый Игрой Жизни или Игрой Конвея, имеет всего четыре правила:

• Любая живая клетка с менее чем двумя живыми соседями умирает от недонаселения
• Любая живая клетка с более чем тремя живыми соседями умирает от перенаселения.
• Любая живая клетка с двумя или тремя живыми соседями живет до следующего поколения.
• Любая мертвая клетка с ровно тремя живыми соседями восстанавливается посредством размножения.

При повторном применении этих правил к сетке клеток появляются разнообразные формы и структуры, напоминающие живые организмы.

Для активации клеточных автоматов ученые из Caltech впервые использовали энергию света вместо электричества. Была разработана оптическая система, состоящая из лазеров и нелинейных кристаллов. Приспособление способно генерировать и обрабатывать световые импульсы. Каждый импульс представляет собой клетку, а его наличие или отсутствие – состояние клетки. Правила клеточного автомата реализуются с помощью оптических элементов, таких как зеркала и линзы.

“Если сравнивать оптоволоконный кабель с медным, процесс передачи информации через оптоволоконный занимает гораздо меньше времени”, - сообщает Алиреза Маранди, доцент кафедры электротехники и прикладной физики Caltech. “Вопрос в том, можем ли мы использовать информационную емкость света не только для коммуникации, но и для вычислений. Чтобы решить проблему, мы особенно заинтересованы в разработке нестандартных архитектур вычислительного оборудования, которые больше подходят для фотоники, чем цифровая электроника”.

Фотонное вычисление действительно имеет ряд преимуществ. Свет передает информацию быстрее, чем электричество, и не нагревается, в отличие от силиконовых транзисторов. Кроме того, свет может передаваться в параллельных потоках, что увеличивает скорость и эффективность операций.

Кстати, клеточные автоматы интересны не только с теоретической точки зрения, но и полезны для практических задач. Искусственная жизнь используется для моделирования различных физических, биологических и химических систем, таких как диффузия, выращивание кристаллов, распространение огня, динамика населения, формирование узоров и даже теория относительности. Клеточные автоматы также могут быть использованы для генерации случайных чисел, шифрования данных, сжатия изображений и распознавания образов.

Одним из примеров применения схем искусственной жизни является моделирование городского и регионального планирования. С помощью подобных схем можно оценивать и прогнозировать пространственную динамику городов и их окружения. Клеточные автоматы позволяют учитывать такие параметры, как земельное использование, плотность населения, транспортная инфраструктура и состояние экологии. Таким образом, клеточные автоматы могут помочь в принятии обоснованных решений по управлению городским развитием.