Sbloccare la potenza del calcolo fotonico con la “vita” artificiale

7 giugno 2023

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di Emily Velasco, California Institute of Technology

La ricerca infinita di computer più piccoli e veloci che possano fare di più ha portato i produttori a progettare transistor sempre più piccoli che ora sono racchiusi in decine di miliardi di chip di computer.

E finora questa tattica ha funzionato. I computer non sono mai stati così potenti come lo sono adesso. Ma ci sono dei limiti: i tradizionali transistor al silicio possono diventare così piccoli solo a causa delle difficoltà nella produzione di dispositivi che, in alcuni casi, sono larghi solo poche dozzine di atomi. In risposta, i ricercatori hanno iniziato a sviluppare tecnologie informatiche, come i computer quantistici, che non si basano sui transistor di silicio.

Un altro filone di ricerca è il calcolo fotonico, che utilizza la luce al posto dell’elettricità, in modo simile a come i cavi in ​​fibra ottica hanno sostituito i fili di rame nelle reti di computer. Una nuova ricerca di Alireza Marandi del Caltech, assistente professore di ingegneria elettrica e fisica applicata, utilizza hardware ottico per realizzare automi cellulari, un tipo di modello computerizzato costituito da un "mondo" (un'area a griglia) contenente "celle" (ogni quadrato della griglia ) che possono vivere, morire, riprodursi ed evolversi in creature multicellulari con comportamenti unici. Questi automi sono stati utilizzati per eseguire compiti di calcolo e, secondo Marandi, sono ideali per le tecnologie fotoniche.

L'articolo che descrive il lavoro, intitolato "Photonic Elementary Cellular Automata for Simulation of Complex Phenomena", appare nel numero del 30 maggio della rivista Light: Science & Applications.

"Se si confronta una fibra ottica con un cavo in rame, è possibile trasferire le informazioni molto più velocemente con una fibra ottica", afferma Marandi. "La grande domanda è: possiamo utilizzare la capacità informativa della luce per l'informatica anziché solo per la comunicazione? Per rispondere a questa domanda, siamo particolarmente interessati a pensare ad architetture hardware informatiche non convenzionali che si adattino meglio alla fotonica rispetto all'elettronica digitale."

Per comprendere appieno l'hardware progettato dal gruppo di Marandi, è importante capire cosa sono gli automi cellulari e come funzionano. Tecnicamente parlando, sono modelli computazionali, ma questo termine fa ben poco per aiutare la maggior parte delle persone a capirli. È più utile pensarli come celle simulate che seguono un insieme di regole molto basilari (ogni tipo di automa ha il proprio insieme di regole). Da queste semplici regole possono emergere comportamenti incredibilmente complessi. Uno degli automi cellulari più conosciuti, chiamato Il Gioco della Vita o Gioco della Vita di Conway, è stato sviluppato dal matematico inglese John Conway nel 1970. Ha solo quattro regole che vengono applicate a una griglia di "cellule" che possono essere vive o morto. Tali regole sono: