คอมพิวเตอร์ลูกบิลเลียด

คอมพิวเตอร์ลูกบิลเลียดซึ่ง เป็นวงจร ตรรกะอนุรักษ์ชนิดหนึ่งเป็นแบบจำลองในอุดมคติของคอมพิวเตอร์เชิงกลแบบย้อนกลับ ได้ โดยอาศัยพลศาสตร์แบบนิวตัน ซึ่งเสนอโดย เอ็ดเวิร์ด เฟรดกินและโทมัสโซ ทอฟโฟลีในปี 1982 [ 1 ]แทนที่จะใช้สัญญาณอิเล็กทรอนิกส์เหมือนคอมพิวเตอร์ ทั่วไป คอมพิวเตอร์ นี้อาศัยการเคลื่อนที่ของลูกบิลเลียด ทรงกลม ในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากแรงเสียดทานซึ่งทำจากบัฟเฟอร์ที่ลูกบอลจะกระดอนอย่างสมบูรณ์แบบ มันถูกคิดค้นขึ้นเพื่อตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างการคำนวณและกระบวนการย้อนกลับได้ในฟิสิกส์
การจำลองวงจรด้วยลูกบิลเลียด
แบบจำลองนี้สามารถใช้จำลองวงจรบูลีนได้ โดยที่สายไฟของวงจรจะสอดคล้องกับเส้นทางที่ลูกบอลลูกหนึ่งอาจเคลื่อนที่ สัญญาณบนสายไฟจะถูกเข้ารหัสโดยการมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของลูกบอลบนเส้นทางนั้น และเกตของวงจรจะถูกจำลองโดยการชนกันของลูกบอล ณ จุดที่เส้นทางของพวกมันตัดกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถตั้งค่าเส้นทางของลูกบอลและบัฟเฟอร์รอบๆ เพื่อสร้างเกต Toffoli แบบย้อนกลับได้ ซึ่งสามารถจำลองเกตตรรกะบูลีนอื่นๆ ได้ ดังนั้น คอมพิวเตอร์ลูกบิลเลียดที่กำหนดค่าอย่างเหมาะสมจึงสามารถใช้ในการดำเนินการคำนวณใดๆ ก็ได้[ 2 ]
การจำลองลูกบิลเลียดในแบบจำลองการคำนวณอื่นๆ
เป็นไปได้ที่จะจำลองคอมพิวเตอร์ลูกบิลเลียดบนออโตมาตาเซลลูลาร์แบบย้อนกลับได้ หลายประเภท รวมถึงออโตมาตาเซลลูลาร์แบบบล็อกและออโตมาตาเซลลูลาร์ลำดับที่สองในการจำลองเหล่านี้ ลูกบอลจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ในทิศทางขนานแกนเท่านั้น ซึ่งเป็นสมมติฐานที่มีอยู่แล้วในการใช้แบบจำลองลูกบิลเลียดเพื่อจำลองวงจรตรรกะ ทั้งลูกบอลและบัฟเฟอร์จะถูกจำลองโดยรูปแบบของเซลล์ที่มีชีวิตบางอย่าง และสนามที่ลูกบอลเคลื่อนที่ผ่านจะถูกจำลองโดยบริเวณของเซลล์ที่ตายแล้ว ในการจำลองออโตมาตาเซลลูลาร์เหล่านี้[ 3 ]
วงจรลอจิกที่ใช้การออกแบบคอมพิวเตอร์ลูกบิลเลียดก็สามารถใช้งานได้โดยใช้ปูทหารสายพันธุ์Mictyris guinotaeแทนลูกบิลเลียด เช่นกัน [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
ความสมบูรณ์แบบของทัวริง
ในปี 2025 นักคณิตศาสตร์Eva Mirandaและ Isaac Ramos ได้ตีพิมพ์บทความที่แสดงให้เห็นว่าบิลเลียด 2 มิติมีความสมบูรณ์แบบของ Turing [ 7 ] [ 8 ]ในงานนี้พวกเขาแสดงให้เห็นว่าแม้แต่ระบบบิลเลียดระนาบแบบคลาสสิกที่มีลูกบอลเพียงลูกเดียวก็สามารถคำนวณแบบสากลได้