صنع الباحثون حاسوبًا تناظريًا يستخدم موجات الماء للتنبؤ بالمستقبل الفوضوي
مجلة المذنب نت متابعات عالمية:
هل يمكن للكمبيوتر أن يتعلم من الماضي ويتوقع ما سيحدث بعد ذلك ، مثل الإنسان؟ قد لا تتفاجأ عندما تسمع أن بعض نماذج الذكاء الاصطناعي المتطورة يمكنها تحقيق هذا العمل الفذ ، ولكن ماذا عن جهاز كمبيوتر يبدو مختلفًا بعض الشيء – أشبه بخزان ماء؟
لقد بنينا حاسوبًا صغيرًا لإثبات صحة المفهوم يستخدم المياه الجارية بدلاً من معالج الدوائر المنطقية التقليدية ، ويتنبأ بالأحداث المستقبلية من خلال نهج يسمى “حوسبة الخزان”.
في الاختبارات المعيارية ، كان أداء الكمبيوتر التناظري جيدًا في تذكر بيانات الإدخال والتنبؤ بالأحداث المستقبلية – وفي بعض الحالات كان أداءه أفضل من الكمبيوتر الرقمي عالي الأداء.
فكيف يعمل؟
رمي الحجارة في البركة
تخيل طفلين ، أليس وبوب ، يلعبان على حافة بركة. يرمي بوب الأحجار الكبيرة والصغيرة في الماء واحدًا تلو الآخر ، على ما يبدو عشوائيًا.
الأحجار الكبيرة والصغيرة تخلق موجات مائية ذات أحجام مختلفة. تراقب أليس موجات الماء التي أنشأتها الأحجار وتتعلم توقع ما ستفعله الأمواج بعد ذلك – ومن ذلك ، يمكن أن يكون لديها فكرة عن الحجر الذي سيرميه بوب بعد ذلك.
ياروسلاف ماكسيموفو قدم المؤلف
تنسخ أجهزة الكمبيوتر الاحتياطية عملية التفكير التي تحدث في دماغ أليس. يمكنهم التعلم من المدخلات السابقة للتنبؤ بالأحداث المستقبلية.
على الرغم من أنه تم اقتراح أجهزة كمبيوتر الخزان لأول مرة باستخدام الشبكات العصبية – برامج الكمبيوتر التي تعتمد بشكل فضفاض على بنية الخلايا العصبية في الدماغ – إلا أنه يمكن أيضًا بناؤها باستخدام أنظمة فيزيائية بسيطة.
حواسيب الخزان هي حواسيب تناظرية. يمثل الكمبيوتر التناظري البيانات بشكل مستمر ، على عكس أجهزة الكمبيوتر الرقمية التي تمثل البيانات على أنها تتغير بشكل مفاجئ في حالة الثنائي “صفر” و “واحد”.
يتيح تمثيل البيانات بطريقة مستمرة لأجهزة الكمبيوتر التناظرية نمذجة بعض الأحداث الطبيعية – تلك التي تحدث في نوع من التسلسل غير المتوقع يسمى “سلسلة زمنية فوضوية” – أفضل من الكمبيوتر الرقمي.
كيفية عمل التنبؤات
لفهم كيف يمكننا استخدام كمبيوتر الخزان لعمل تنبؤات ، تخيل أن لديك سجلًا للأمطار اليومية للسنة الماضية ودلو مليء بالمياه بالقرب منك. سيكون الدلو “خزاننا الحسابي”.
نقوم بإدخال سجل هطول الأمطار اليومي إلى الجرافة عن طريق الحجر. في يوم ممطر خفيف ، نرمي حجرًا صغيرًا ؛ ليوم مطر غزير ، حجر كبير. ليوم بلا مطر ، لا نرمي حجرًا.
كل حجر يخلق موجات ، ثم تتدحرج حول الدلو وتتفاعل مع الأمواج الناتجة عن الأحجار الأخرى.
اقرأ المزيد: هناك طريقة لتحويل أي كائن تقريبًا إلى جهاز كمبيوتر – وقد يتسبب ذلك في حدوث موجات صدمة في الذكاء الاصطناعي
في نهاية هذه العملية ، تعطينا حالة الماء في الدلو تنبؤًا. إذا أدت التفاعلات بين الأمواج إلى ظهور موجات جديدة كبيرة ، فيمكننا القول بأن جهاز الكمبيوتر الخاص بالمخزون يتنبأ بأمطار غزيرة. ولكن إذا كانت صغيرة ، فيجب أن نتوقع أمطارًا خفيفة فقط.
من الممكن أيضًا أن تلغي الأمواج بعضها البعض ، وتشكل سطحًا مائيًا ثابتًا. في هذه الحالة لا ينبغي أن نتوقع أي مطر.
يقوم الخزان بعمل تنبؤ بالطقس لأن الأمواج في الجرافة وأنماط هطول الأمطار تتطور بمرور الوقت وفقًا لقوانين الفيزياء نفسها.
وكذلك الحال بالنسبة للعديد من العمليات الطبيعية والاجتماعية والاقتصادية الأخرى. هذا يعني أن كمبيوتر الخزان يمكنه أيضًا التنبؤ بالأسواق المالية وحتى أنواع معينة من النشاط البشري.
موجات تدوم لفترة أطول
كمبيوتر خزان “دلو الماء” له حدوده. لسبب واحد ، الأمواج قصيرة العمر. للتنبؤ بالعمليات المعقدة مثل تغير المناخ والنمو السكاني ، نحتاج إلى خزان به موجات أكثر ديمومة.
أحد الخيارات هو “solitons”. هذه موجات ذاتية التعزيز تحافظ على شكلها وتتحرك لمسافات طويلة.
إيفان ماكسيموفو قدم المؤلف
بالنسبة إلى كمبيوتر الخزان الخاص بنا ، استخدمنا موجات مضغوطة تشبه السوليتون. غالبًا ما ترى مثل هذه الموجات في حوض الحمام أو نافورة الشرب.
في جهاز الكمبيوتر الخاص بنا ، تتدفق طبقة رقيقة من الماء فوق لوح معدني مائل قليلاً. تعمل مضخة كهربائية صغيرة على تغيير سرعة التدفق وتخلق موجات منفردة.
أضفنا مادة فلورية لجعل الماء يتوهج تحت الأشعة فوق البنفسجية ، لقياس حجم الأمواج بدقة.
تلعب المضخة دور الحجارة المتساقطة في اللعبة التي يلعبها أليس وبوب ، لكن الموجات المنفردة تتوافق مع الأمواج على سطح الماء. تتحرك الموجات المنفردة بشكل أسرع وتعيش أطول من موجات الماء في دلو ، مما يتيح لجهاز الكمبيوتر الخاص بنا معالجة البيانات بسرعة أعلى.
لذا كيف نفذ؟
اختبرنا قدرة جهاز الكمبيوتر الخاص بنا على تذكر المدخلات السابقة وعمل تنبؤات لمجموعة معيارية من البيانات العشوائية والفوضوية. لم ينفذ جهاز الكمبيوتر الخاص بنا جميع المهام بشكل استثنائي فحسب ، بل تفوق أيضًا على جهاز كمبيوتر رقمي عالي الأداء مكلف بنفس المشكلة.
مع زميلي أندري بوتوتسكي ، أنشأنا أيضًا نموذجًا رياضيًا مكننا من فهم الخصائص الفيزيائية للموجات المنفردة بشكل أفضل.
بعد ذلك ، نخطط لتصغير جهاز الكمبيوتر الخاص بنا كمعالج ميكروفلويديك. يجب أن تكون موجات الماء قادرة على إجراء عمليات حسابية داخل شريحة تعمل بشكل مشابه لرقائق السيليكون المستخدمة في كل هاتف ذكي.
اقرأ المزيد: ما هو أول جهاز كمبيوتر؟
في المستقبل ، قد يكون جهاز الكمبيوتر الخاص بنا قادرًا على إنتاج تنبؤات موثوقة طويلة الأجل في مجالات مثل تغير المناخ وحرائق الغابات والأسواق المالية – بتكلفة أقل بكثير وتوافر أوسع من أجهزة الكمبيوتر العملاقة الحالية.
كما أن جهاز الكمبيوتر الخاص بنا محصن بشكل طبيعي من الهجمات الإلكترونية لأنه لا يستخدم البيانات الرقمية.
تتمثل رؤيتنا في أن كمبيوتر خزان الموائع الدقيقة القائم على السوليتون سيجلب علوم البيانات والتعلم الآلي إلى المجتمعات الريفية والنائية في جميع أنحاء العالم. لكن في الوقت الحالي ، يستمر عملنا البحثي.
نشكركم على قراءة المنشور عبر مجلة المذنب نت, المتخصصة في التداول والعملات الرقمية والمشفرة
