Počítač s kulečníkovou koulí - Billiard-ball computer

Fredkin a Toffoli model kulečníkové koule brány AND . Když jedna kulečníková koule dorazí k bráně vstupem 0-in nebo 1-in , prochází zařízením bez překážek a vystupuje přes 0-out nebo 1-out . Pokud však kulečníková koule 0-in dorazí současně jako kulečníková koule 1-in , vzájemně se srazí v levém horním rohu zařízení a přesměrují se, aby se znovu srazila v pravém dolním rohu zařízení. Jedna koule poté vystupuje přes 1-out a druhá koule přes dolní výstup AND . Tudíž přítomnost koule vyzařované z výstupu AND je logicky konzistentní s výstupem brány AND, která bere přítomnost koule na vstupu 0 a vstupu 1 jako vstupy.

Počítač s kulečníkovou koulí , typ konzervativního logického obvodu, je idealizovaným modelem reverzibilního mechanického počítače založeného na newtonovské dynamice , který v roce 1982 navrhli Edward Fredkin a Tommaso Toffoli . Místo toho, aby používal elektronické signály jako běžný počítač , spoléhá se na pohyb kulových kulečníkových koulí v prostředí bez tření vyrobeném z nárazníků, proti nimž se kuličky dokonale odrážejí. Bylo navrženo prozkoumat vztah mezi výpočtem a reverzibilními procesy ve fyzice.

Simulace obvodů s kulečníkovými koulemi

Tento model lze použít k simulaci booleovských obvodů, ve kterých dráty obvodu odpovídají cestám, po kterých může jedna z koulí cestovat, signál na vodiči je kódován přítomností nebo nepřítomností koule na této dráze a brány obvodu jsou simulovány srážkami koulí v místech, kde se jejich cesty protínají. Zejména je možné nastavit dráhy koulí a vyrovnávacích pamětí kolem nich tak, aby vytvořily reverzibilní bránu Toffoli , ze které lze simulovat jakoukoli jinou logickou bránu Boolean. Proto lze k provedení jakéhokoli výpočetního úkolu použít vhodně nakonfigurované počítače s kulečníkovou koulí.

Simulace kulečníkových koulí v jiných modelech výpočtu

Je možné simulovat počítače s kulečníkovou koulí na několika typech reverzibilních celulárních automatů , včetně blokových celulárních automatů a celulárních automatů druhého řádu . V těchto simulacích se koule mohou pohybovat pouze konstantní rychlostí v osově paralelním směru, za předpokladu, že v každém případě již byly použity při použití modelu kulečníkových koulí k simulaci logických obvodů. Míčky i nárazníky jsou simulovány určitými vzory živých buněk a pole, přes které se koule pohybují, je v těchto simulacích buněčných automatů simulováno oblastmi mrtvých buněk.

Logické brány založené na počítačových designech kulečníkových koulí byly také vyrobeny tak, aby fungovaly s použitím živých krabů vojáků druhu Mictyris guinotae místo kulečníkových koulí.

Viz také

Reference