化學計算機
編輯化學計算機,也稱為反應-擴散計算機、Belousov-Zhabotinsky(BZ)計算機或gooware計算機,是一種基于半固體化學湯的非常規計算機,其中數據由不同濃度的化學品表示。計算是由自然發生的化學反應來完成的。
化學計算機的背景
編輯最初,化學反應被看作是向穩定平衡的簡單移動,這對計算來說不是很有希望。他創造了不同的鹽和酸之間的化學反應,在黃色和透明之間來回擺動,因為不同成分的濃度以循環的方式上下變化。在當時,這被認為是不可能的,因為它似乎違背了熱力學第二定律,即在一個封閉的系統中,熵只會隨著時間的推移而增加,導致混合物中的成分自行分布,直到獲得平衡,并使濃度的任何變化成為不可能。但現代理論分析表明,足夠復雜的反應確實可以包括波浪現象而不破壞自然規律。這仍然留下了計算的需要,由傳統的微芯片使用二進制代碼通過復雜的邏輯門系統傳輸和改變一和零來執行。為了進行任何可以想象的計算,只要有NAND門就足夠了。(一個NAND門有兩個比特輸入。如果兩個比特都是1,它的輸出就是0,否則就是1)。在化學計算機版本中,邏輯門是通過濃度波以不同方式相互阻斷或放大來實現的。
目前的研究
編輯1989年,人們證明了光敏化學反應如何能夠進行圖像處理。這導致了化學計算領域的高潮。2014年,由瑞士聯邦材料科學與技術實驗室(Empa)領導的一個國際團隊開發了一個化學計算系統。該化學計算機使用從馬蘭戈尼效應中得出的表面張力計算,使用一種酸性凝膠找到A點和B點之間最有效的路線,超過了試圖計算相同路線的傳統衛星導航系統。
2015年,斯坦福大學的研究生利用磁場和注入了磁性納米粒子的水滴創造了一臺計算機,說明了化學計算機背后的一些基本原理。2015年,華盛頓大學的學生創造了一種化學反應的編程語言(最初是為DNA分析開發的)。2017年,哈佛大學的研究人員為一臺化學圖靈機申請了專利,該機器利用Belousov-Zhabotinsky反應的非線性動力學進行操作。他們開發的系統能夠利用吉布斯自由能的考慮識別喬姆斯基類型-1語言。這項工作隨后在2019年發表,包括喬姆斯基2型和3型語言的系統。2020年,格拉斯哥大學的研究人員使用3D打印的部件和磁力攪拌器創建了一臺化學計算機,以控制BZ介質的振蕩。這樣一來,他們能夠計算二進制邏輯門,并進行模式識別。
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