Komputer z kulami bilardowymi

Model kuli bilardowej bramki AND firmy Fredkin i Toffoli . Kiedy pojedyncza kula bilardowa dociera do bramki poprzez wejście 0-in lub 1-in , przechodzi przez urządzenie bez przeszkód i wychodzi poprzez 0-out lub 1-out . Jeśli jednak o średnicy 0 cali dotrze jednocześnie z kulą bilardową o średnicy 1 cala , zderzają się ze sobą w lewym górnym rogu urządzenia i przekierowują się nawzajem, aby ponownie zderzyć się w prawym dolnym rogu urządzenia. Następnie jedna piłka wychodzi przez 1-out , a druga piłka wychodzi przez dolne wyjście AND . Zatem obecność kuli emitowanej z wyjścia AND jest logicznie spójna z wyjściem bramki AND, która jako dane wejściowe przyjmuje obecność kuli w punkcie 0 i 1 .

Komputer kul bilardowych , rodzaj konserwatywnego obwodu logicznego, jest wyidealizowanym modelem odwracalnego komputera mechanicznego opartego na dynamice Newtona , zaproponowanym w 1982 roku przez Edwarda Fredkina i Tommaso Toffoli . Zamiast wykorzystywać sygnały elektroniczne jak konwencjonalny komputer , opiera się na ruchu kulistych kul bilardowych w środowisku pozbawionym tarcia, zbudowanym z buforów, o które kulki doskonale się odbijają. Został on opracowany w celu zbadania związku pomiędzy obliczeniami i Procesy odwracalne w fizyce.

Symulowanie obwodów za pomocą kul bilardowych

Model ten można wykorzystać do symulacji obwodów Boole’a , w których przewody obwodu odpowiadają torom, po którym może poruszać się jedna z kulek, sygnał w przewodzie jest kodowany przez obecność lub brak kulki na tej drodze, a bramki obwodu są symulowane poprzez zderzenia kulek w punktach przecięcia ich torów. W szczególności możliwe jest ustawienie ścieżek kulek i buforów wokół nich w celu utworzenia odwracalnej bramki Toffoli , z której można symulować dowolną inną bramkę logiczną Boole'a. Dlatego odpowiednio skonfigurowane komputery z kulami bilardowymi można wykorzystać do wykonania dowolnego zadania obliczeniowego.

Symulacja kul bilardowych w innych modelach obliczeniowych

Możliwe jest symulowanie komputerów z kulami bilardowymi na kilku typach odwracalnych automatów komórkowych , w tym na automatach komórkowych blokowych i automatach komórkowych drugiego rzędu . W tych symulacjach kule mogą poruszać się jedynie ze stałą prędkością w kierunku równoległym do osi, co w każdym razie było już obecne przy stosowaniu modelu kuli bilardowej do symulacji obwodów logicznych. W tych symulacjach automatu komórkowego zarówno kulki, jak i bufory są symulowane przez określone wzorce żywych komórek, a pole, po którym poruszają się kulki, są symulowane przez obszary martwych komórek.

Bramki logiczne oparte na projektach komputerowych kul bilardowych zostały również przystosowane do działania przy użyciu żywych krabów żołnierskich z gatunku Mictyris guinotae zamiast kul bilardowych.

Zobacz też

• Niekonwencjonalne obliczenia
• Płyny