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<p>斯坦福大学的研究人员已开发出一种同步计算机,该计算机使用移动水滴的独特物理学操作</p><p>他们的目标是设计一种能够精确控制和操纵物理物质的新型计算机</p><p>计算机和水通常不会混合,但在Manu Prakash中实验室,两人是同一个人,同一个普拉卡什,斯坦福大学生物工程学助理教授,他的学生们已经建立了一台同步计算机,使用移动水滴的独特物理学操作</p><p>计算机已经有近十年的历史了,这项工作结合了普拉卡什在研究生时的作用</p><p>这项工作结合了他在操纵​​液滴流体动力学方面的专业知识和计算机科学的基本要素 - 一个操作时钟“在这项工作中,我们最终展示了一种同步的,通用的液滴逻辑和控制,”Prakash因为它的普遍性,液滴计算机理论上可以执行任何常规操作虽然速度要慢得多,但普拉卡什和他的同事心中有一个更加雄心勃勃的应用程序“我们已经有数字计算机来处理信息我们的目标不是与电子计算机竞争或操作文字处理器,“普拉卡什说:”我们的目标是构建一种全新的计算机,可以精确地控制和操纵物理物质想象一下,当你运行一组计算时,不仅信息被处理,物理物质也被算法操纵我们只是在中尺度上实现这一目标“使用流体计算精确控制液滴的能力可以在高通量生物学和化学中具有许多应用,并且可能在可扩展数字制造中的新应用结果发表在当前版本的自然物理学中关键时钟自从他读研究生以来近十年,一个想法就是b在普拉卡什唠叨:如果他可以使用小水滴作为信息,并利用这些水滴的精确运动同时处理信息和物理材料怎么办最终,普拉卡什决定建立一个旋转磁场,可以作为时钟同步所有水滴这个想法显示出了希望,在项目的早期阶段,Prakash招募了一名研究生,Georgios“Yorgos”Katsikis,他是论文的第一作者</p><p>计算机时钟几乎负责所有现代便利智能手机,DVR,飞机互联网 - 没有时钟,这些都不会在没有频繁和严重并发症的情况下运行几乎每个计算机程序都需要几个同时操作,每个操作都以完美的逐步方式进行</p><p>时钟确保这些操作开始和停止在相同的时间,从而确保信息同步如果时钟不存在,结果是可怕的它就像soldi正在行进的人:如果一个人的时间大幅度下降,不久之后整个小组就会分崩离析如果多个同时进行的计算机操作在没有时钟同步的情况下运行也是如此,Prakash解释说“计算机工作的原因”确切地说,每个操作都是同步发生的;正是这使得数字逻辑首先变得如此强大,“普拉卡什说,磁性时钟为基于流体的计算机开发时钟需要一些创造性的思考它需要易于操作,并且能够一次影响多个液滴</p><p>系统需要具有可扩展性,以便将来大量的液滴可以相互通信而不会跳过一个节拍Prakash意识到旋转磁场可能会起到作用Katsikis和Prakash在玻璃载玻片上构建的微小铁条阵列像Pac-Man迷宫之类的东西他们在上面放了一块空白的玻璃片,夹在中间夹着一层油然后他们小心翼翼地注入混合物中的水滴,这些水滴注入了微小的磁性纳米颗粒</p><p>接下来,他们打开了磁场当场翻转时,杆的极性反转,将磁化的液滴拉到新的预定方向,就像轨道上的槽车一样每转一圈他将场数视为一个时钟周期,就像秒针在钟面上制作一个完整的圆圈一样,每个周期都向前迈进一步 相机记录单个液滴之间的相互作用,允许观察实时发生的计算液滴的存在或不存在表示二进制代码的1和0,并且时钟确保所有液滴以完美同步的方式移动,因此系统几乎可以永久运行而没有任何错误“遵循这些规则,我们已经证明我们可以通过改变芯片上条形的布局来制作电子设备中使用的所有通用逻辑门,”Katsikis表示“实际设计我们平台上的空间非常丰富为我们提供世界上任何布尔逻辑电路,我们可以利用这些小磁场移动来构建它“当前的论文描述了系统的基本操作方式,并演示了同步逻辑门的构建模块,反馈和级联性 - 可扩展计算的标志包括1位存储器(称为“触发器”)的简单状态机也是使用上述基本构建模块展示了一种操纵物质的新方法目前的芯片大约是邮票大小的一半,而且水滴比罂粟种子小,但Katsikis说系统的物理特性表明它可以制成均匀的更小的结合磁场可以同时控制数百万个液滴这一事实,这使得系统具有极高的可扩展性“我们可以继续使它变得越来越小,以便每次可以进行更多的操作,这样它就可以使用更小的液滴尺寸研究生和合着者吉姆·塞布尔斯基说:“在芯片上做更多的操作”“这非常适合各种应用”普拉卡什表示,最直接的应用可能涉及将计算机转变为高通量化学和生物实验室不是在散装试管中运行反应,每个液滴都可以携带一些化学物质并成为自己的试管,液滴计算机提供了对这些相互作用的重新控制从基础科学的角度来看,为什么工作如此令人兴奋,普拉卡什说,部分原因在于它为物理世界中的计算开辟了一种新的思维方式</p><p>尽管计算物理学已经应用于了解计算的极限,信息比特的物理方面从未被用作在中尺度(10微米到1毫米)操纵物质的新方法因为系统非常强大并且团队已经发现了通用的设计规则,Prakash计划为公众提供这些液滴电路的设计工具任何一群人现在可以拼凑基本的逻辑块并制作他们想要的任何复杂的液滴电路“我们非常有兴趣吸引任何人和所有想玩的人,让每个人都能根据我们在本文中描述的构建模块设计新电路或发现新模块现在,任何人都可以将这些电路设置为“无需外部控制就形成一个复杂的液滴处理器 - 这是以前非常困难的挑战,”普拉卡什说:“如果你回顾社会的巨大进步,计算需要特殊的地方我们正试图带来同样的指数由于我们在数字世界中看到物理世界的计算而扩大规模“出版物:Georgios Katsikis等,”同步通用液滴逻辑和控制,“Nature Physics,2015; doi:101038 / nphys3341来源:斯坦福大学Bjorn Carey图片: