人工「生命」でフォトニックコンピューティング能力を解き放つ

2023 年 6 月 7 日

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エミリー・ベラスコ著、カリフォルニア工科大学

より多くのことを実行できる、より高速で小型のコンピューターに対する終わりのない探求により、メーカーはこれまで以上に小さなトランジスタを設計するようになり、現在ではコンピューター チップに数百億個のトランジスタが詰め込まれています。

そして今のところ、この戦術はうまくいっている。 コンピューターが今ほど強力になったことはありません。 しかし限界もあります。従来のシリコントランジスタは、場合によっては数十原子幅しかないデバイスの製造が難しいため、非常に小さくすることしかできません。 これに応えて、研究者らはシリコントランジスタに依存しない量子コンピューターなどのコンピューティング技術の開発を開始した。

もう 1 つの研究分野はフォトニック コンピューティングです。これは、コンピュータ ネットワークの銅線が光ファイバー ケーブルに置き換わったのと同様に、電気の代わりに光を使用します。 電気工学および応用物理学の助教授であるカリフォルニア工科大学のアリレザ・マランディ氏による新しい研究では、光学ハードウェアを使用してセル オートマトンを実現しています。セル オートマトンは、「セル」（グリッドの各正方形）を含む「世界」（グリッド領域）で構成されるコンピュータ モデルの一種です。 ）生き、死に、繁殖し、独自の行動を持つ多細胞生物に進化することができます。 マランディ氏によれば、これらのオートマトンはコンピューティングタスクの実行に使用されており、光技術に最適であるという。

「複雑な現象のシミュレーションのためのフォトニックエレメンタリーセルラーオートマトン」と題されたこの研究について説明した論文は、ジャーナル「Light: Science & Applications」の5月30日号に掲載される。

「光ファイバーと銅線ケーブルを比較すると、光ファイバーの方がはるかに高速に情報を転送できます」とマランディ氏は言います。 「大きな問題は、光の情報容量を単なる通信ではなくコンピューティングに利用できるかということです。この問題に対処するために、私たちはデジタル エレクトロニクスよりもフォトニクスに適した型破りなコンピューティング ハードウェア アーキテクチャについて考えることに特に興味を持っています。」

マランディのグループが設計したハードウェアを完全に理解するには、セル オートマトンとは何か、そしてそれらがどのように機能するかを理解することが重要です。 技術的に言えば、これらは計算モデルですが、その用語はほとんどの人がそれらを理解するのにほとんど役に立ちません。 これらは、非常に基本的なルール セットに従うシミュレートされたセルと考えるとより分かりやすくなります (各タイプのオートマトンには独自のルール セットがあります)。 これらの単純なルールから、信じられないほど複雑な動作が生まれる可能性があります。 最も有名なセル オートマトンの 1 つは、「ライフ ゲーム」または「コンウェイのライフ ゲーム」と呼ばれ、1970 年にイギリスの数学者ジョン コンウェイによって開発されました。それには、生きているかどうかの「セル」のグリッドに適用されるたった 4 つのルールがあります。あるいは死んでいる。 それらのルールは次のとおりです。