Su computadora realiza bien la mayoría de las tareas. Para el procesamiento de textos, ciertos cálculos, artes gráficas y navegación web, la caja digital en su escritorio es la mejor herramienta para el trabajo. Pero la forma en que funciona su computadora, con su estilo matemático que dependeen el sistema de código binario de "on" y "off" 1s y 0s, no es ideal para resolver todos los problemas.
Es por eso que investigadores como Zoltán Toroczkai, profesor en el Departamento de Física y profesor concurrente en el Departamento de Ciencias de la Computación e Ingeniería de la Universidad de Notre Dame, están interesados en revivir la computación analógica en un momento en que la computación digital ha alcanzado su máximopotencial.
Toroczkai y sus colaboradores han estado trabajando para desarrollar un enfoque matemático novedoso que ayudará a avanzar la computación más allá del marco digital. Su artículo más reciente, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , describe un nuevo "solucionador" analógico matemático que potencialmente puede encontrar la mejor solución para problemas NP-hard.
La dureza NP es una teoría de la complejidad computacional, con problemas que son famosos por su dificultad. Cuando el número de variables es grande, los problemas asociados con la programación, el plegamiento de proteínas, la bioinformática, la imagen médica y muchas otras áreas son casi irresolubles con los conocidosDespués de probar su nuevo método en una variedad de problemas difíciles de NP, los investigadores concluyeron que su solucionador tiene el potencial de conducir a mejores y posiblemente más rápidas soluciones de las que se pueden calcular digitalmente.
Se usaron computadoras analógicas para predecir las mareas de principios a mediados del siglo XX, guiar las armas en los acorazados y lanzar los primeros cohetes de la NASA al espacio. Primero usaron engranajes y tubos de vacío, y luego transistores, que podrían configurarse para resolver problemascon un rango de variables. Realizan funciones matemáticas directamente. Por ejemplo, para sumar 5 y 9, las computadoras analógicas agregan voltajes que corresponden a esos números, y luego obtienen instantáneamente la respuesta correcta. Sin embargo, las computadoras analógicas eran engorrosas y propensas al "ruido"- perturbaciones en las señales - y fueron difíciles de reconfigurar para resolver diferentes problemas, por lo que cayeron en desgracia.
Las computadoras digitales surgieron después de que los transistores y los circuitos integrados se produjeron en masa de manera confiable, y para muchas tareas son precisas y lo suficientemente flexibles. Los algoritmos informáticos, en forma de software, son conjuntos de instrucciones que le indican al hardware de la computadora cómo realizarlo.el proceso está restringido al uso de 0s y 1s, esto también simplifica su programación y permite que la informática digital domine durante casi 70 años.
Sin embargo, sus restricciones pueden evitar que las computadoras digitales resuelvan los problemas NP-hard con muchas variables. Uno de esos problemas es el problema del "vendedor ambulante", en el que un vendedor debe comenzar en una ciudad y regresar a esa ciudad al final de unviaje, pero en el medio, debe viajar a todas las diferentes ciudades en una lista. ¿Cuál es la ruta más eficiente entre todos los puntos? El problema se vuelve exponencialmente más difícil con la adición de más ciudades. La dificultad con tales problemas de optimización, señaló Toroczkai,es "aunque siempre se puede encontrar alguna respuesta, no se puede determinar si es óptima. Determinar que no hay una mejor solución es tan difícil como el problema en sí".
Un desafío para la computación analógica reside en el diseño de algoritmos continuos. A diferencia de la computación digital, que tiene una larga historia en el desarrollo de algoritmos, los algoritmos para computadoras analógicas carecen de una base de conocimiento similar y, por lo tanto, son muy difíciles de diseñar. El enfoque de Toroczkai es diferente delos tipos de algoritmos para computadoras digitales, en todos los aspectos.
El siguiente paso es diseñar y construir dispositivos basados en este enfoque, un proceso que se abordará en la Facultad de Ingeniería de Notre Dame. Las computadoras analógicas se construirían para tareas específicas y no para las necesidades informáticas cotidianas. Este trabajo es partede un esfuerzo multiinstitucional a gran escala, llamado Electrónica Colectiva Extremadamente Eficiente en Energía EXCEL, dirigido por Suman Datta de Notre Dame, Presidente de Ingeniería de Freimann y profesor de ingeniería eléctrica, en colaboración con Sharon Hu, profesor de ciencias de la computación e ingeniería.
"En su mayoría, hay problemas de ingeniería que deben resolverse en este punto, como capacidades espurias y un mejor control del ruido, pero va a llegar allí", dijo Toroczkai. "Idealmente me gustaría ver que tiene esta caja ensu escritorio que es su programador. Y va a hacer un trabajo mucho mejor que su computadora normal ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Notre Dame . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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