Gli scienziati informatici costruiscono il supercollider di automi cellulari

Una delle prime scoperte nel Gioco della vita era l'aliante, un modello autoalimentato che si muove diagonalmente attraverso la griglia in un automa cellulare.

Gli alianti sono importanti perché trasmettono informazioni in questo mondo virtuale. Fanno anche cose interessanti. Quando gli alianti si scontrano, possono formare oggetti più complessi come i cannoni per alianti. Quando colpiscono altri oggetti, possono spingerli o tirarli in giro.

In effetti, gli alianti possono essere organizzati in modo da elaborare le informazioni come porte logiche. Non ci è voluto molto agli informatici per dimostrare che tali accordi possono essere resi computazionalmente equivalenti a una macchina di Turing. In altre parole, gli alianti possono calcolare.

Quell'idea ha suscitato l'interesse di vari scienziati informatici nel corso degli anni. (Non ultimo dei quali è Stephen Wolfram che ha accuratamente caratterizzato le proprietà computazionali dell'automa cellulare e ha pubblicato le sue idee come A New Kind of Science.)

Questo modo di pensare solleva una domanda interessante: come si costruisce un computer utile con gli alianti.

Nel 2002, Tomasso Tofoli della Boston University ha avuto un'idea interessante. Gli alianti non sono le uniche particelle che si muovono nel Gioco della Vita. Ce ne sono molti altri con proprietà diverse come velocità e forma. Quando questi si scontrano, possono formare altre particelle che fluiscono in altre direzioni.

Ma ecco la cosa. Ogni particella non è altro che una stringa di bit. Quando una particella interagisce con un'altra, le stringhe di bit possono finire per essere modificate per produrre altre stringhe di bit. L'intuizione di Toffoli è stata quella di capire che questo processo è essenzialmente un calcolo e che i supercollider di alianti potrebbero eseguire calcoli complessi.

Oggi, Genaro Martinez dell'Università dell'Inghilterra occidentale a Bristol e alcuni amici annunciano di aver creato e testato proprio un ciclotrone aliante di questo tipo.

Realizzare un dispositivo del genere non è del tutto semplice. Le particelle in un automa cellulare tendono a muoversi in linea retta, quindi una sfida è trovare il modo di dirigere i raggi in modo che si scontrino. Martinez e colleghi risolvono questo problema instradando i raggi oltre altre strutture virtuali che si comportano come i magneti degli acceleratori di particelle reali, spingendo le particelle in linea mentre passano.

E, per mettere la ciliegina sulla torta, Martinez e compagni hanno progettato le collisioni tra sciami di alianti in modo tale da eseguire calcoli.

È impressionante, ma perché è più utile di altre forme di calcolo? La risposta è duplice. Innanzitutto, Martiniez e compagni affermano che questi supercollider possono emulare un'intera classe di collisioni naturali che altrimenti sarebbero difficili da modellare. Stanno pensando a cose come nodi, sfiati e solitoni nelle catene molecolari, i fasoni nei quasi-cristalli, i nodi nei ferromagneti e così via.

Questo tipo di calcolo basato sulle collisioni ha un grande vantaggio rispetto al calcolo convenzionale perché condivide già molte proprietà in comune con il sistema che sta emulando. Ciò ha il potenziale per rendere la modellazione più semplice e accurata.

La seconda ragione è che potrebbe essere possibile creare ciclotroni alianti usando certi tipi di catene polimeriche, che possono essere fatte agire come automi cellulari. Se ciò fosse possibile, un calcolo costringerebbe un sistema fisico relativamente semplice a simulare il comportamento di uno molto più complesso.

Questo è un grande premio, se può essere raggiunto. E qui sta il guaio. Non mancano idee promettenti e persino prototipi di forme di elaborazione non convenzionali (ne abbiamo già esaminate alcune di questo gruppo presso l'Università dell'Inghilterra occidentale). Ma con l'eccezione dell'informatica quantistica, gli esempi di applicazioni veramente utili sono ancora pochi e lontani tra loro.

Martinez e compagni affermano che stanno lavorando alla costruzione di supercollider con catene polimeriche. Staremo a vedere come se la cavano.

Rif: arxiv.org/abs/1105.4332 : Supercollider di automi cellulari

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