
От «Игры жизни» до фотонной технологии: удивительные возможности оптических клеточных автоматов
Команда ученых создала сетку из лазеров, которые могут включаться и выключаться в зависимости от состояния соседних лазеров. Это позволяет им моделировать поведение клеток в различных клеточных автоматах — компьютерных моделях, способных решать сложные задачи.
Клеточные автоматы — вычислительные модели, которые с помощью простых правил и методов имитируют сложные явления. Однако эти принципы реализованы только на уровне программного обеспечения с использованием обычных компьютеров.
Современные цифровые электронные компьютеры на основе архитектуры фон Неймана обладают чрезвычайно высокой аппаратной сложностью. Они состоят из миллиардов транзисторов, сложно упорядоченных по иерархическому принципу. Традиционные кремниевые транзисторы имеют ограничение по размеру из-за трудностей в производстве устройств, которые в некоторых случаях состоят всего из нескольких десятков атомов. Поэтому исследователи начали изучать вычислительные технологии, не связанные с кремниевыми транзисторами, например, квантовые компьютеры.
Алиреза Маранди, доцент кафедры электротехники и прикладной физики Калифорнийского технологического института, разработал оптическое оборудование для воплощения клеточных автоматов — типа компьютерной модели, состоящей из «мира» (сетчатой области), в котором находятся «клетки» (каждый квадрат сетки), способные жить, умирать, размножаться и эволюционировать в многоклеточные организмы со своими особенностями поведения. Эти автоматы применялись для решения компьютерных задач, и Маранди полагает, что они хорошо подходят для фотонной технологии.
Фотонное вычисление, которое использует свет вместо электричества, — еще одна область исследований, подобная тому, как оптоволоконные соединения заменили медные провода в компьютерных сетях.
— Алиреза Маранди.
Команда Маранди создала аппаратное обеспечение для клеточных автоматов, используя оптические элементы. Они построили сетку из лазеров, которые могут быть включены или выключены в зависимости от состояния соседних лазеров. Это позволяет имитировать поведение клеток в «Игре жизни» и других клеточных автоматах.
— Алиреза Маранди.
Одним из преимуществ оптического подхода является то, что он может работать очень быстро и параллельно. В отличие от традиционных компьютеров, которые обрабатывают информацию последовательно, оптические клеточные автоматы могут обновлять все свои клетки одновременно с высокой скоростью.
— Алиреза Маранди.
Оптические клеточные автоматы также могут быть полезны для решения задач, которые трудно формализовать или оптимизировать с помощью традиционных алгоритмов. Например, они могут использоваться для поиска оптимальных путей в сложных сетях или для создания новых структур и форм.
Команда Маранди продолжает развивать свою технологию и исследовать ее потенциальные применения. Они также надеются сделать свое оборудование более доступным и удобным для других исследователей и разработчиков.
— Алиреза Маранди.
Клеточные автоматы — вычислительные модели, которые с помощью простых правил и методов имитируют сложные явления. Однако эти принципы реализованы только на уровне программного обеспечения с использованием обычных компьютеров.
Современные цифровые электронные компьютеры на основе архитектуры фон Неймана обладают чрезвычайно высокой аппаратной сложностью. Они состоят из миллиардов транзисторов, сложно упорядоченных по иерархическому принципу. Традиционные кремниевые транзисторы имеют ограничение по размеру из-за трудностей в производстве устройств, которые в некоторых случаях состоят всего из нескольких десятков атомов. Поэтому исследователи начали изучать вычислительные технологии, не связанные с кремниевыми транзисторами, например, квантовые компьютеры.
Алиреза Маранди, доцент кафедры электротехники и прикладной физики Калифорнийского технологического института, разработал оптическое оборудование для воплощения клеточных автоматов — типа компьютерной модели, состоящей из «мира» (сетчатой области), в котором находятся «клетки» (каждый квадрат сетки), способные жить, умирать, размножаться и эволюционировать в многоклеточные организмы со своими особенностями поведения. Эти автоматы применялись для решения компьютерных задач, и Маранди полагает, что они хорошо подходят для фотонной технологии.
Фотонное вычисление, которое использует свет вместо электричества, — еще одна область исследований, подобная тому, как оптоволоконные соединения заменили медные провода в компьютерных сетях.
Если сравнить оптоволокно с медным кабелем, то с помощью оптоволокна можно передавать информацию гораздо быстрее; главный вопрос — можем ли мы использовать эту информационную емкость света для вычислений, а не только для передачи данных? Чтобы ответить на этот вопрос, мы особенно заинтересованы в разработке нестандартных архитектур вычислительного оборудования, которые лучше подходят для фотоники, чем цифровая электроника
— Алиреза Маранди.
Команда Маранди создала аппаратное обеспечение для клеточных автоматов, используя оптические элементы. Они построили сетку из лазеров, которые могут быть включены или выключены в зависимости от состояния соседних лазеров. Это позволяет имитировать поведение клеток в «Игре жизни» и других клеточных автоматах.
Мы используем лазеры как клетки, потому что они могут быть в двух состояниях: светиться или не светиться. Кроме того, они могут взаимодействовать друг с другом через свет. Например, если два лазера направлены друг на друга, они могут синхронизировать свою интенсивность и частоту. Это позволяет нам создавать различные правила для клеточных автоматов
— Алиреза Маранди.
Одним из преимуществ оптического подхода является то, что он может работать очень быстро и параллельно. В отличие от традиционных компьютеров, которые обрабатывают информацию последовательно, оптические клеточные автоматы могут обновлять все свои клетки одновременно с высокой скоростью.
Мы можем достичь скорости порядка 10 гигагерц, что означает, что мы можем обновлять все наши клетки 10 миллиардов раз в секунду. Это намного быстрее, чем можно сделать на обычном компьютере
— Алиреза Маранди.
Оптические клеточные автоматы также могут быть полезны для решения задач, которые трудно формализовать или оптимизировать с помощью традиционных алгоритмов. Например, они могут использоваться для поиска оптимальных путей в сложных сетях или для создания новых структур и форм.
Команда Маранди продолжает развивать свою технологию и исследовать ее потенциальные применения. Они также надеются сделать свое оборудование более доступным и удобным для других исследователей и разработчиков.
Мы хотим создать платформу, которая позволит любому легко программировать и использовать наши оптические клеточные автоматы. Мы хотим дать возможность людям экспериментировать с этой технологией и открывать новые горизонты в науке и инженерии
— Алиреза Маранди.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

Тайна болезней на космической станции наконец-то раскрыта!
Ученые говорят: во всем виновата… идеальная уборка на МКС....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Ученые рассказали и показали, как выглядит Антарктида без льда
Высокие горы, глубочайшие каньоны, 58 метров до Апокалипсиса и множество других тайн....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

iPhone, давай до свидания! Илон Маск презентовал инновационный смартфон PhoneX
Это устройство слишком прекрасно для нашей реальности....

Самые массовые и дикие розыгрыши на 1 апреля в мировой истории
Это вам не просто «вся спина белая»....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...

Гигантский айсберг скрывал древнюю живую экосистему
Губки и кораллы благоденствуют на обнажившемся морском дне в месте, ранее недоступном взгляду....

Зад-ловушка: причудливое существо из янтаря было за гранью воображения
Задняя часть тела работала… как растение....