Modelo de bola de billar de Fredkin y Toffoli de una puerta AND . Cuando una sola bola de billar llega a la puerta a través de la entrada 0-in o 1-in , pasa a través del dispositivo sin obstáculos y sale por 0-out o 1-out . Sin embargo, si una bola de billar de 0 pulgadas llega simultáneamente como una bola de billar de 1 pulgada , chocan entre sí en la esquina superior izquierda del dispositivo y se redirigen para chocar nuevamente en la esquina inferior derecha. del dispositivo. Luego, una bola sale por la salida 1 y la otra bola sale por la salida AND inferior . Por lo tanto, la presencia de una bola emitida desde la salida AND es lógicamente consistente con la salida de una puerta AND que toma como entradas la presencia de una bola en 0 pulgadas y 1 pulgada .
Una computadora de bola de billar , un tipo de circuito lógico conservador , es un modelo idealizado de computadora mecánica reversible basado en la dinámica newtoniana , propuesto en 1982 por Edward Fredkin y Tommaso Toffoli . [1] En lugar de utilizar señales electrónicas como una computadora convencional , se basa en el movimiento de bolas de billar esféricas en un entorno libre de fricción hecho de amortiguadores contra los cuales las bolas rebotan perfectamente. Fue ideado para investigar la relación entre la computación y los procesos reversibles en física.
Simulando circuitos con bolas de billar
Este modelo se puede utilizar para simular circuitos booleanos en los que los cables del circuito corresponden a caminos por los que puede viajar una de las bolas, la señal en un cable está codificada por la presencia o ausencia de una bola en ese camino, y las puertas del circuito se simulan mediante colisiones de bolas en los puntos donde se cruzan sus trayectorias. En particular, es posible configurar las trayectorias de las bolas y los amortiguadores a su alrededor para formar una puerta Toffoli reversible , a partir de la cual se puede simular cualquier otra puerta lógica booleana. Por lo tanto, se pueden utilizar ordenadores de bolas de billar adecuadamente configurados para realizar cualquier tarea computacional. [2]
Simulando bolas de billar en otros modelos de computación
Es posible simular computadoras con bolas de billar en varios tipos de autómatas celulares reversibles , incluidos los autómatas celulares de bloque y los autómatas celulares de segundo orden . En estas simulaciones, las bolas sólo pueden moverse a una velocidad constante en una dirección paralela al eje, suposiciones que en cualquier caso ya estaban presentes en el uso del modelo de bolas de billar para simular circuitos lógicos. Tanto las bolas como los amortiguadores se simulan mediante ciertos patrones de células vivas, y el campo a través del cual se mueven las bolas se simula mediante regiones de células muertas, en estas simulaciones de autómatas celulares. [3]
También se han creado puertas lógicas basadas en diseños informáticos de bolas de billar para que funcionen utilizando cangrejos soldado vivos de la especie Mictyris guinotae en lugar de bolas de billar. [4] [5] [6]
^ Durand-Lose, Jérôme (2002), "Computación dentro del modelo de bola de billar", en Adamatzky, Andrew (ed.), Computación basada en colisiones , Springer-Verlag, págs. 135-160, doi :10.1007/978-1 -4471-0129-1_6, ISBN978-1-4471-0129-1.
^ Margolus, N. (1984), "Modelos de computación similares a la física", Physica D: fenómenos no lineales , 10 (1–2): 81–95, Bibcode :1984PhyD...10...81M, doi :10.1016 /0167-2789(84)90252-5. Reimpreso en Wolfram, Stephen (1986), Teoría y aplicaciones de los autómatas celulares , Serie avanzada sobre sistemas complejos, vol. 1, World Scientific, págs. 232–246, Bibcode :1986taca.book.....W.
^ Solon, Olivia (14 de abril de 2012), "Computadora construida con enjambres de cangrejos soldados", Wired.
^ Aron, Jacob (12 de abril de 2012), "Computadoras alimentadas por enjambres de cangrejos", New Scientist , archivado desde el original el 13 de abril de 2012.
