인공 '생명'으로 광자 컴퓨팅 성능 잠금 해제

2023년 6월 7일

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작성자: Emily Velasco, 캘리포니아 공과대학

더 빠르고 더 많은 작업을 수행할 수 있는 더 작은 컴퓨터에 대한 끝없는 탐구로 인해 제조업체는 현재 수백억 개의 컴퓨터 칩에 탑재되는 더 작은 트랜지스터를 설계하게 되었습니다.

그리고 지금까지 이 전술은 효과가 있었습니다. 컴퓨터가 지금보다 더 강력한 적은 없었습니다. 그러나 한계가 있습니다. 기존의 실리콘 트랜지스터는 너비가 수십 원자에 불과한 장치를 제조하는 데 어려움이 있기 때문에 너무 작아질 수 없습니다. 이에 대응하여 연구자들은 실리콘 트랜지스터에 의존하지 않는 양자 컴퓨터와 같은 컴퓨팅 기술을 개발하기 시작했습니다.

또 다른 연구 방법은 광섬유 케이블이 컴퓨터 네트워크의 구리선을 대체하는 방식과 유사하게 전기 대신 빛을 사용하는 광 컴퓨팅입니다. Caltech의 전기 공학 및 응용 물리학 조교수인 Alireza Marandi의 새로운 연구는 광학 하드웨어를 사용하여 "셀"(그리드의 각 사각형)을 포함하는 "세계"(그리드 ​​영역)로 구성된 컴퓨터 모델 유형인 셀룰러 오토마타를 실현합니다. ) 살고 죽고 번식하고 고유한 행동을 가진 다세포 생물로 진화할 수 있습니다. Marandi에 따르면 이러한 오토마타는 컴퓨팅 작업을 수행하는 데 사용되었으며 광자 기술에 이상적으로 적합합니다.

"복잡한 현상의 시뮬레이션을 위한 광소자 기본 셀룰러 오토마타(Photonic Elementary Cellular Automata)"라는 제목의 이 작업을 설명하는 논문은 Light: Science & Application 저널 5월 30일자에 게재되었습니다.

"광섬유를 구리 케이블과 비교하면 광섬유를 사용하면 훨씬 빠르게 정보를 전송할 수 있습니다"라고 Marandi는 말합니다. "가장 큰 질문은 통신이 아닌 컴퓨팅에 빛의 정보 용량을 활용할 수 있느냐는 것입니다. 이 질문을 해결하기 위해 우리는 디지털 전자 장치보다 포토닉스에 더 적합한 비전통적인 컴퓨팅 하드웨어 아키텍처에 대해 생각하는 데 특히 관심이 있습니다."

Marandi 그룹이 설계한 하드웨어를 완전히 이해하려면 셀룰러 오토마타가 무엇인지, 어떻게 작동하는지 이해하는 것이 중요합니다. 기술적으로 말하면 이는 계산 모델이지만 그 용어는 대부분의 사람들이 이를 이해하는 데 거의 도움이 되지 않습니다. 매우 기본적인 규칙 집합(각 유형의 오토마타에는 고유한 규칙 집합이 있음)을 따르는 시뮬레이션 셀로 생각하는 것이 더 도움이 됩니다. 이러한 간단한 규칙에서 엄청나게 복잡한 행동이 나타날 수 있습니다. 생명의 게임(The Game of Life) 또는 콘웨이의 생명 게임(Conway's Game of Life)이라고 불리는 가장 잘 알려진 세포 자동 장치 중 하나는 1970년 영국 수학자 존 콘웨이(John Conway)에 의해 개발되었습니다. 이 게임에는 살아 있을 수 있는 "세포" 격자에 적용되는 단 네 가지 규칙만 있습니다. 아니면 죽었어. 그 규칙은 다음과 같습니다: