Химический компьютер

редактировать

A химический компьютер, также называемый реакционно-диффузионным компьютером, Белоусов – Жаботинский (BZ) компьютер, или компьютер gooware, представляет собой нетрадиционный компьютер, основанный на полутвердом химическом «супе», где данные представлены различными концентрациями химических веществ. Вычисления выполняются с помощью естественных химических реакций.

Содержание

  • 1 Предпосылки
  • 2 Текущие исследования
  • 3 См. Также
  • 4 Ссылки

Предпосылки

Первоначально химические реакции рассматривались как простое движение к устойчивому равновесию, которое не было многообещающим для вычислений. Ситуацию изменило открытие, сделанное Борисом Белоусовым, советским ученым в 1950-х годах. Он создал химическую реакцию между различными солями и кислотами, которые колеблются между желтым и прозрачным, потому что концентрация различных компонентов изменяется вверх и вниз циклически. В то время это считалось невозможным, поскольку казалось, что это противоречит второму закону термодинамики, который гласит, что в закрытой системе энтропия со временем будет только увеличиваться, в результате чего компоненты в смесь распределяется до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие, что сделает невозможным изменение концентрации. Но современный теоретический анализ показывает, что достаточно сложные реакции действительно могут включать волновые явления, не нарушая законов природы. (Убедительная, непосредственно видимая демонстрация была достигнута Анатолием Жаботинским с помощью реакции Белоусова – Жаботинского, показывающей спиральные цветные волны.)

Волновые свойства БЖ реакция означает, что она может перемещать информацию так же, как и все другие волны. Это по-прежнему оставляет необходимость в вычислениях, выполняемых обычными микрочипами с использованием двоичного кода, передающего и меняющего единицы и нули через сложную систему логических вентилей. Для выполнения любых мыслимых вычислений достаточно иметь вентили И-НЕ. (Логический элемент И-НЕ имеет на входе два бита. Его выход равен 0, если оба бита равны 1, в противном случае - 1). В химической компьютерной версии логические ворота реализованы в виде концентрационных волн, блокирующих или усиливающих друг друга по-разному.

Текущее исследование

В 1989 году было продемонстрировано, как светочувствительные химические реакции могут выполнять обработку изображений. Это привело к подъему в области химических вычислений. Эндрю Адацки из Университета Западной Англии продемонстрировал простые логические вентили с использованием процессов реакция-диффузия. Кроме того, он теоретически показал, как гипотетическая «среда 2», смоделированная как клеточный автомат, может выполнять вычисления. Адамацки был вдохновлен теоретической статьей о вычислениях с использованием шаров на бильярдном столе, чтобы перенести этот принцип на BZ-химикаты и заменить бильярдные шары волнами: если две волны встречаются в растворе, они создают третья волна, которая зарегистрирована как 1. Он проверил теорию на практике и работает над созданием нескольких тысяч химических версий логических вентилей для создания химического карманного калькулятора. Одна из проблем нынешней версии этой технологии - скорость волн; они распространяются только со скоростью несколько миллиметров в минуту. По словам Адамацки, эту проблему можно решить, разместив ворота очень близко друг к другу, чтобы сигналы передавались быстро. Другой возможностью могут быть новые химические реакции, при которых волны распространяются намного быстрее.

В 2014 году система химических вычислений была разработана международной группой, возглавляемой Швейцарскими федеральными лабораториями материаловедения и технологий (Empa). Химический компьютер использовал расчеты поверхностного натяжения, полученные на основе эффекта Марангони с использованием кислотного геля, чтобы найти наиболее эффективный маршрут между точками A и B, опередив обычную систему спутниковой навигации, пытающуюся вычислить тем же путем.

В 2015 году аспиранты Стэнфордского университета создали компьютер, используя магнитные поля и капли воды, наполненные магнитными наночастицами, иллюстрируя некоторые из основных принципов, лежащих в основе химический компьютер.

В 2015 году студенты Вашингтонского университета создали язык программирования для химических реакций (первоначально разработанный для ДНК анализа).

In 2020, Университет Глазго исследователи создали химический компьютер, используя детали, напечатанные на 3D-принтере, и магнитные мешалки, чтобы контролировать колебания среды BZ. При этом они могли вычислять двоичные логические вентили и выполнять распознавание образов.

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-14 09:31:37
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте