การคำนวณตามธรรมชาติขึ้นอยู่กับกองกำลังพื้นฐาน

ตัวอย่างที่รู้จักกันดีของการคำนวณที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปรากฏการณ์ธรรมชาติคือคอมพิวเตอร์ควอนตัมและคอมพิวเตอร์ DNA

สิ่งที่ทราบเกี่ยวกับศักยภาพและ / หรือข้อ จำกัด ของการคำนวณด้วยกฎหมายหรือแรงโน้มถ่วงของ Maxwell

นั่นคือการรวมการแก้ปัญหา "ด่วน" ของธรรมชาติเข้ากับสมการของแมกซ์เวลล์หรือปัญหาเอ็น - บอดี้โดยตรงในอัลกอริทึมทั่วไป

ยังไม่ชัดเจนว่า "อัลกอริทึม" ที่ใช้พลังธรรมชาติหมายถึงอะไร คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานโดยอาศัย 'หลักการตามธรรมชาติ' (ยกเว้นแรงโน้มถ่วง แต่รวมถึงสมการของแมกซ์เวลล์) ขั้นตอนปรมาณูใน 'อัลกอริธึมธรรมชาติ' ของคุณคืออะไร? หากคุณกำลังพูดถึงการใช้ระบบ -body และให้มัน "วิวัฒนาการ" เพื่อทำการคำนวณคุณจะวัดเวลาทำงานอย่างไร$n$

ตามบรรทัดเหล่านี้แม้ว่าRoger Brockett ทำงานที่น่าสนใจบางอย่างใน 80s ในการดูการเรียงลำดับและการเขียนโปรแกรมเชิงเส้นเป็นวิธีการแก้ปัญหาไปยังระบบพลวัต

ในปัจจุบันการคำนวณควอนตัมเป็นแบบจำลองการคำนวณที่ทรงพลังที่สุดจากฟิสิกส์ที่รู้จักซึ่งได้รับการทดลองและสามารถจำลองสมการของแมกซ์เวลได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรากฏการณ์ทางกายภาพอื่น ๆ ที่คุณพบเจอในชีวิตประจำวัน ดังที่คนอื่น ๆ ได้กล่าวถึงข้อยกเว้นหนึ่งข้อนี้คือ spacetimes ทั่วไปที่อนุญาตให้ใช้เป็นวิธีแก้ปัญหาสัมพัทธภาพทั่วไป

มีความสนใจอย่างมากในพลังการคำนวณของคอมพิวเตอร์ที่มีการเข้าถึงช่วงเวลาปิดเช่นเส้นโค้งเป็นต้น อย่างไรก็ตามไม่มีหลักฐานที่แน่ชัดว่าสิ่งเหล่านี้มีอยู่ในธรรมชาติหรือสามารถสร้างขึ้นเองได้ ดังนั้นในขณะที่มีแบบจำลองการคำนวณที่น่าสนใจที่รวมทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปในบางรูปแบบมีข้อสงสัยที่สำคัญว่ารูปแบบดังกล่าวสามารถรับรู้ได้หรือไม่และก่อนที่เราจะมีแบบจำลองทางกายภาพทั่วไปมากที่สุด

นอกจากนี้คุณสมบัติที่น่าสนใจของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีแนวโน้มที่จะแสดงเฉพาะในพื้นที่ที่มีความโค้งสูงซึ่งแตกต่างจากพื้นที่เกือบแบนของกาลอวกาศที่เราอาศัยอยู่และผลกระทบของสัมพัทธภาพในพื้นที่แบน (เช่น) นั้นไม่มีข้อได้เปรียบ

สำหรับแรงโน้มถ่วงมีความสนใจใน "การคำนวณเชิงสัมพันธ์" ซึ่งใช้โครงสร้างของกาลอวกาศเพื่อเร่งการคำนวณในบางวิธี แนวคิดบางอย่างรวมถึงMalament-Hogarth Spacetimeและการคำนวณผ่านหลุมดำ: เริ่มคอมพิวเตอร์ของคุณด้วยการคำนวณพูดตัดสินใจ Goldbach conjecture (โดยมองหาตัวอย่าง) จากนั้นโยนตัวเองลงในหลุมดำ เวลาที่ไม่มีที่สิ้นสุดสามารถส่งผ่านคอมพิวเตอร์นอกรูเพื่อค้นหาตัวอย่างได้ แต่นี่เป็นเพียงเวลา จำกัด สำหรับคุณภายในดังนั้นหากคุณไม่ได้รับสัญญาณด้วยตัวอย่างโดยกำหนดเวลาคุณคุณ "รู้" ว่าไม่มีอยู่จริง .

นอกจากนี้คุณยังอาจจะสนใจในการประชุมเชิงปฏิบัติการฟิสิกส์และการคำนวณ

นี่คือหนึ่งในการตีความคำถามของคุณซึ่งคุณอาจจะหรืออาจจะไม่ได้ตั้งใจ แต่ที่ฉันมีคำตอบ

คอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่มีอยู่จริงอย่างเห็นได้ชัดและสามารถจำลองตามกฎหมายของฟิสิกส์ แต่เราไม่ได้ใช้กฎของฟิสิกส์ที่จะต้องอธิบายคอมพิวเตอร์จริงเป็นแบบจำลองการคำนวณเพราะมันซับซ้อนเกินไป ในการสร้างแบบจำลองการคำนวณเรากำหนดบางอย่างเช่นเครื่องทัวริงที่ง่ายพอที่จะใช้ในการคำนวณทางคณิตศาสตร์ อย่างไรก็ตามตอนนี้เราถอดแบบจำลองจากโลกทางกายภาพเพราะเราไม่ได้พูดว่าเครื่องจักรทัวริงถูกสร้างขึ้นอย่างไรหรือสิ่งที่บังคับให้มันทำงาน

ดังนั้นเราสามารถสร้างแบบจำลองง่ายๆที่จับ "การคำนวณ" แต่กฎพื้นฐานซึ่งมีอยู่จริงในธรรมชาติ คำตอบของฉันเกี่ยวกับเรื่องนี้คือไปดูที่ Feynman Lectures on Computation: http://www.amazon.com/Feynman-Lectures-Computation-Richard-P/dp/0738202967

เขาพูดถึงระบบทางกายภาพอย่างง่ายที่แตกต่างกันจำนวนมากซึ่งทำการคำนวณ ตัวอย่างเช่นมีรูปแบบลูกบิลเลียดของ Fredkin และ Toffoli (http://en.wikipedia.org/wiki/Billiard-ball_computer) ซึ่งประเด็นก็คือการอธิบายความต้องการพลังงานอย่างชัดเจนและการออกแบบคอมพิวเตอร์ที่สามารถทำงานได้ หลายขั้นตอนโดยพลการสำหรับพลังงานเพียงเล็กน้อยโดยพลการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบทที่เกี่ยวกับการคำนวณแบบย้อนกลับได้มีตัวอย่างมากมายเหล่านี้

เราคิดถึงปัญหานี้มากในห้องแล็บของฉัน ตัวอย่างเช่นเราได้ทำงานเกี่ยวกับความหมายสำหรับเครือข่ายปฏิกิริยาเคมีเพื่อทำการคำนวณ: http://www.dna.caltech.edu/DNAresearch_publications.html#DeterministicCRNsและhttp://www.dna.caltech.edu /DNAresearch_publications.html#ComputationalCRNs

เราคิดด้วยว่าการก่อตัวของผลึกคริสตัลสามารถทำการคำนวณได้อย่างไร: http://www.dna.caltech.edu/DNAresearch_publications.html#Simulationsรวมทั้งพยายามทำให้เกิดการทดลองจริง: http: //www.dna.caltech .edu / DNAresearch_publications.html # OrigamiSeedและงานอื่น ๆ ตามการคำนวณโดยใช้ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เรียกว่า DNA strand displacement: http://www.dna.caltech.edu/DNAresearch_publications.html#DNALogicCircuits

ทฤษฎีควอนตัมรวบรวมแนวคิดของวัตถุที่แยกออกมาได้ค่อนข้างดี ทฤษฎีฟิสิกส์อื่น ๆ ทำไม่ได้