मौलिक बलों पर आधारित प्राकृतिक संगणना

Question

प्राकृतिक घटना से प्रेरित अभिकलन के प्रसिद्ध उदाहरण क्वांटम कंप्यूटर और डीएनए कंप्यूटर हैं।

मैक्सवेल के नियमों या गुरुत्वाकर्षण के साथ कंप्यूटिंग की क्षमता और / या सीमाओं के बारे में क्या ज्ञात है?

यही है, मैक्सवेल के समीकरणों या एन-बॉडी समस्या को प्रकृति के "त्वरित" समाधानों को सीधे एक सामान्य-उद्देश्य एल्गोरिथ्म में शामिल करना?

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मुझे लगता है कि उन्होंने वास्तव में ऐसे कंप्यूटरों का निर्माण किया है जो गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करते हैं: en.wikipedia.org/wiki/MONIAC_Computer :)

— जुका सुकोमेला

संयोग से, मैं चरम सीमाओं से थोड़ा सतर्क रहूंगा। उदाहरण के लिए, ऐसा लगता है कि अलगाव में लिया गया, सामान्य सापेक्षता उन संगणनाओं से परे की अनुमति दे सकती है जो हम शास्त्रीय मॉडलों के साथ कर सकते हैं। हालांकि, एक "प्राकृतिक" समाधान के लिए, हम नजरअंदाज नहीं कर सकते बाकी क्या हम भौतिक विज्ञान के बारे में पता की: ब्लैक होल कंप्यूटर मैं ऊष्मप्रवैगिकी और क्वांटम यांत्रिकी के साथ संघर्ष नीचे दिये। मौलिक ताकतों के साथ गणना करने का कोई अच्छा समाधान शायद हमारे भौतिक सिद्धांतों के प्रतिच्छेदन में होना चाहिए । (मैं कहूंगा कि क्वांटम कंप्यूटिंग योग्य है, यहां।)

— फंकस्टार

Answer 1

यह स्पष्ट नहीं है कि प्राकृतिक शक्तियों पर आधारित एक "एल्गोरिथ्म" क्या है। यकीनन, एक क्वांटम कंप्यूटर पहले से ही 'प्राकृतिक सिद्धांतों' (गुरुत्वाकर्षण को छोड़कर, लेकिन मैक्सवेल के समीकरणों को छोड़कर) पर आधारित है। आपके 'प्राकृतिक एल्गोरिथ्म' में परमाणु कदम क्या हैं? यदि आप एक लेने के बारे में बात कर रहे हैं$n$-सब प्रणाली और इसे एक संगणना करने के लिए "विकसित" होने देना, आप इसके चलने के समय को कैसे मापेंगे?

हालांकि इन पंक्तियों के साथ, रोजर ब्रोकेट ने 80 के दशक में एक गतिशील प्रणाली के समाधान के रूप में सॉर्टिंग और रैखिक प्रोग्रामिंग को देखने पर कुछ दिलचस्प काम किया।

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धन्यवाद, आपकी टिप्पणियाँ मुझे कुछ वैचारिक मुद्दों को समझने में मदद करती हैं। और ब्रॉकट पेपर बहुत दिलचस्प दिखता है।

बेशक, एडियाबेटिक क्वांटम कंप्यूटिंग "प्राथमिक

— क्रियाओं

Answer 2

वर्तमान में, क्वांटम अभिकलन कम्प्यूटेशनल मॉडल का सबसे शक्तिशाली है जो ज्ञात भौतिकी पर आधारित है जिसे प्रयोगात्मक रूप से महसूस किया गया है, और मैक्सवेल के समीकरणों को कुशलता से अनुकरण कर सकता है, और बहुत अधिक हर दूसरे भौतिक घटना जो आप दिन-प्रतिदिन जीवन में मुठभेड़ करते हैं। जैसा कि दूसरों ने उल्लेख किया है, इसका एक अपवाद सामान्य सापेक्षता में समाधान के रूप में अनुमति दी जाने वाली सामान्य स्पेसक्राफ्ट है।

उदाहरण के लिए, घटता जैसे बंद समय तक पहुंच के साथ कंप्यूटर की कम्प्यूटेशनल शक्ति में काफी रुचि है। हालाँकि इस बात का कोई सबूत नहीं है कि ये प्रकृति में मौजूद हैं या इन्हें कृत्रिम रूप से बनाया जा सकता है। इसलिए, जबकि संभावित रूप से दिलचस्प कम्प्यूटेशनल मॉडल हैं जो किसी न किसी रूप में सामान्य सापेक्षता को शामिल करते हैं, इस बात पर महत्वपूर्ण संदेह है कि क्या इस तरह के मॉडल को महसूस किया जा सकता है, और इससे पहले कि हम शारीरिक गणना के सबसे सामान्य मॉडल हो सकें, हमें क्वांटिटी गुरुत्वाकर्षण का एक ठोस सिद्धांत चाहिए।

इसके अलावा, सामान्य सापेक्षता की दिलचस्प विशेषताएं केवल उच्च वक्रता वाले क्षेत्रों में दिखाई देती हैं, जो कि लगभग उस समतल क्षेत्र से भिन्न होती हैं, जहां हम निवास करते हैं और ऐसे फ्लैट (ईश) अंतरिक्ष में सापेक्षता के प्रभाव कोई अनिवार्य लाभ नहीं देते हैं।

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लेकिन निश्चित रूप से हम अपने सुपर कंप्यूटरों को एक ब्लैक होल में रोपित करेंगे;)

— सुरेश वेंकट

Answer 3

गुरुत्वाकर्षण के लिए, "रिलेटिविजुअल कंप्यूटिंग" में कुछ दिलचस्पी रही है जो किसी तरह से कम्प्यूटेशन को गति देने के लिए स्पेसटाइम की संरचना का उपयोग करता है। कुछ विचारों में ब्लैक होल के माध्यम से मैलामेंट-हॉगर्थ स्पेसटाइम और कंप्यूटिंग शामिल हैं: अपने कंप्यूटर को एक संगणना के साथ प्रारंभ करें, कहते हैं, गोल्डबैक अनुमान (एक प्रतिरूप की तलाश करके) का फैसला करें और फिर अपने आप को एक ब्लैक होल में फेंक दें। अनंत समय कंप्यूटर के लिए एक काउंटरएक्सप्ले देखने के लिए छेद के बाहर से गुजर सकता है, लेकिन यह केवल आपके लिए परिमित समय के रूप में अनुभव किया जाता है, इसलिए यदि आपको कुछ समय सीमा के साथ एक काउंटरएक्सप्ले के साथ एक संकेत प्राप्त नहीं होता है जिसे आप "जानते" हैं कि कोई भी मौजूद नहीं है ।

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वेलेज़ और ऑस्पिना द्वारा गुरुत्वाकर्षण टॉपोलॉजिकल क्वांटम कम्प्यूटेशन गुरुत्वाकर्षण कंप्यूटिंग विचारों को मॉडल करने का एक और प्रयास है।

— हारून स्टर्लिंग

Answer 4

यहां आपके प्रश्न की एक व्याख्या है, जिसका आप इरादा कर सकते हैं या नहीं, लेकिन जिसके लिए मेरे पास एक उत्तर है।

कंप्यूटर स्पष्ट रूप से वास्तविक भौतिक उपकरण हैं और इसलिए उन्हें भौतिकी के नियमों द्वारा प्रतिरूपित किया जा सकता है। लेकिन हम भौतिकी के नियमों का उपयोग नहीं करते हैं जो कि गणना के एक मॉडल के रूप में एक वास्तविक कंप्यूटर का वर्णन करने के लिए आवश्यक होगा क्योंकि यह बहुत जटिल है। कम्प्यूटेशन का एक मॉडल बनाने के लिए, हम एक ट्यूरिंग मशीन की तरह कुछ परिभाषित करते हैं जो कि गणितीय रूप से काफी सरल है। हालाँकि, अब हमने मॉडल को भौतिक दुनिया से हटा दिया है, क्योंकि हम यह नहीं कहते कि ट्यूरिंग मशीन कैसे बनाई जाती है या इसे चलाने के लिए कौन सी ताकतें चलती हैं।

तो क्या हम कुछ सरल मॉडल तैयार कर सकते हैं जो "अभिकलन" को पकड़ते हैं, लेकिन जिनके मूलभूत नियम प्रकृति में भौतिक हैं? इस पर मेरा उत्तर कम्प्यूटेशन पर फेनमैन लेक्चर्स की जांच करना होगा: http://www.amazon.com/Feynman-Lectures-Computation-Richard-P/dp/0738202967

वह कई अलग-अलग सरल भौतिक प्रणालियों के बारे में बात करता है जो एक संगणना को अंजाम देता है। उदाहरण के लिए, फ्रेडकिन और टोफोली (http://en.wikipedia.org/wiki/Billiard-ball_computer) का बिलियर्ड बॉल मॉडल है, जहां बिंदु ऊर्जा आवश्यकताओं के लिए स्पष्ट रूप से खाता है और एक कंप्यूटर को डिजाइन करने के लिए है जो इसके लिए चल सकता है मनमाने ढंग से बहुत कम ऊर्जा के लिए कई कदम। विशेष रूप से, प्रतिवर्ती कंप्यूटिंग के अध्याय में इस प्रकार के बहुत सारे उदाहरण हैं।

हम अपनी लैब में इस मुद्दे के बारे में बहुत सोचते हैं। उदाहरण के लिए, हमने रासायनिक अभिक्रिया नेटवर्क के लिए अभिकलन करने के लिए इसका क्या अर्थ है, इस पर कुछ काम किया है: http://www.dna.caltech.edu/DNAresearch_publications.html#DeterministicCRNs और http://www.dna.caltech.edu ... /DNAresearch_publications.html#ComputationalCRNs

हम यह भी सोचते हैं कि बीजयुक्त क्रिस्टल का निर्माण किस तरह से किया जा सकता है: http://www.dna.caltech.edu/DNAresearch_publications.html#Simulations साथ ही वास्तव में इसे प्रायोगिक रूप से बनाने की कोशिश कर रहा है: http: //www.dna.caltech .edu / DNAresearch_publications.html # OrigamiSeed , और डीएनए स्ट्रैंड विस्थापन नामक एक भौतिक घटना का उपयोग करते हुए कंप्यूटिंग पर आधारित कुछ अन्य कार्य: http://www.dna.caltech.edu/DNAresearch_publications.html/DNALogicCircuits

Answer 5

क्वांटम सिद्धांत असतत वस्तुओं की अवधारणा को बहुत अच्छी तरह से पकड़ता है । अन्य भौतिकी सिद्धांत नहीं हैं।

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मुझे यकीन नहीं है कि यह कितना सही है। निश्चित रूप से क्वांटम सिद्धांत प्राकृतिक विवेक के एक निश्चित स्तर के लिए अनुमति देता है, लेकिन यह शास्त्रीय भौतिकी में भी मौजूद हो सकता है (अर्थात थोड़ा सा तार या तो जुड़ा हुआ है या टूट गया है, एक संभावित संख्या में मिनिमा आदि हो सकती है)। अगर कुछ भी क्वांटम भौतिकी ऑर्थोगोनल राज्यों के बीच निरंतर विकास की अनुमति देकर चीजों को और अधिक निरंतर बनाता है।

— जो फिट्जसिमों

इवोल्यूशन क्वांटम और क्लासिक सिद्धांतों में समान है - हैमिल्टन की गतिशीलता। यह वह अवस्था है जो भिन्न होती है। निश्चित रूप से वहाँ भौतिकी क्षेत्र हैं जहाँ पर बाइनरी गेट्स लगाए जा सकते हैं। सवाल यह है कि अगर मौलिक क्लासिक सिद्धांतों (जैसे गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुंबकत्व) के ढांचे के भीतर कुछ भी असतत राज्यों को जन्म दे सकता है।

— तेगिरी नेनाशी

तथ्य यह है कि क्वांटम यांत्रिकी में एक हैमिल्टन भी है इसका मतलब यह नहीं है कि गतिकी समान हैं। हैमिल्टन बस एक ही नहीं हैं (आपको शास्त्रीय हैमिल्टन की मात्रा निर्धारित करने की आवश्यकता है)। यह विभिन्न गतिशीलता को जन्म देता है। शास्त्रीय भौतिकी समान रूप से ऐसे असतत सेट को जन्म दे सकती है: किसी विशेष स्थानिक मोड में एक कण (कहना, एक इलेक्ट्रॉन) की उपस्थिति या अनुपस्थिति। डबल वेल पोटेंशियल इसका एक बहुत सरल उदाहरण है। शून्य तापमान पर कुएं में कण 2 अवस्थाओं में से एक में होता है। इसके अलावा, सापेक्षता स्पेसटाइम के विभाजन का अद्भुत काम करती है।

— जो फिट्जसिमों

मैं असतत राज्यों के रूप में व्याख्या किए गए निरंतर फ़ंक्शन के स्थानीय मिनीमा के खिलाफ बहस नहीं करूंगा। ट्रांजिस्टर / वैक्यूम ट्यूब (और, इसलिए, तर्क गेट) के निर्माण में इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह पर कुछ नियंत्रण क्षमता है; पूरी तरह से क्लासिक भौतिकी के दायरे में। मेरा सुझाव है कि यदि आप कुछ सीएस कलाकृतियों को मॉडल करना चाहते हैं - सबसे कुख्यात प्राकृतिक संख्याओं का अनंत सेट - क्वांटम यांत्रिकी आसानी से आपको ऐसा प्रदान करता है।

— तेगिरी नेनाशी

एक गुहा में एक लहर के स्थायी मोड की संख्या भी एक गणना योग्य अनंत है। यह वास्तव में क्वांटम कंप्यूटिंग का लाभ नहीं है।

— जो फिट्जसिमन