В Австралии двое ученых, Иван Максимов и Андрей Потоцкий, создали необычный компьютер. Он использует проточную воду вместо обычного процессора и прогнозирует будущее с помощью подхода, называемого «резервуарным вычислением».
В некоторых тестах, по словам изобретателей, их машина работает лучше, чем высокопроизводительный цифровой компьютер. Более того, она эффективнее справляется с обработкой входных данных и прогнозированием тех или иных событий.
Как это работает?
Для понимания процесса изобретатели предлагают представить двух людей на берегу пруда. Один кидает большие и маленькие камни друг за другом — казалось бы, наугад.
Камни создают круги на воде разных размеров. Второй человек смотрит на них и учится предсказывать, от каких камней волны какого размера пойдут. Исходя из этой информации, он может предугадать, какой камень первый человек кинет следующим.
Компьютер, осуществляющий «резервуарные вычисления», делает так же, как и второй человек. Он смотрит на взаимосвязь событий в прошлом и на их основе предсказывает, с какой вероятностью они могут повториться в будущем.
При этом таким компьютерам необязательно работать с нейросетями. Они могут быть построены на простых физических системах.
Чаще всего «резервуарными вычислениями» занимаются аналоговые компьютеры. В отличие от цифровых машин, которые предоставляют данные в виде меняющегося двоичного кода — 0 или 1, — они выводят информацию непрерывно.
Так у аналоговых компьютеров появляется возможность моделировать определенные природные события — происходящие в непредсказуемой последовательности или в «хаотическом временном ряду» — гораздо эффективнее и точнее, чем у обычного компьютера.
Как составляются прогнозы?
Представьте, что у вас есть информация о ежедневном количестве осадков за прошедший год, а рядом с вами стоит ведро, полное воды. Устройство ввода — камешки. В день небольшого дождя мы бросаем маленькие камни, в день сильного — большие, а когда дождя нет — не бросаем никакие.
Каждый камень создает волны, которые взаимодействуют с другими колебаниями или вовсе выплескивают воду из ведра. Состояние воды после прохождения этого процесса дает нам определенный прогноз. Если взаимодействие между волнами создает большие колебания в воде, то компьютер предсказывает сильные дожди, а если маленькие, то небольшие осадки.
В том случае, если волны будут гасить друг друга, а вода оставаться неподвижной, то дождя вообще не стоит ожидать. Резервуар может выдавать прогнозы погоды, поскольку и волны в ведре, и характер осадков в течение времени изменяются в соответствии с одним и теми же законами физики.
Подобные логически обоснованные взаимосвязи можно установить и между другими природными и социально-экономическими процессами. Так ученые говорят о том, что резервный компьютер может прогнозировать и финансовые рынки, и развитие различных видов человеческой деятельности.
Почему важно выбирать резервуар побольше?
Любой резервуар имеет свои пределы. Да и сами волны не настолько долговечны, чтобы прогнозировать какие-то более сложные явления (например, рост населения). Поэтому в некоторых случаях и резервуар нужен побольше.
Один из наиболее подходящих для таких прогнозов вид волн — это солитоны. Они представляют собой самоподкрепляющиеся волны, которые сохраняют свою форму и перемещаются на более длинные расстояния.
Исследователи использовали для своего компьютера компактные солитоподобные волны. Такие вы можете видеть в своей раковине или фонтанчике с питьевой водой.
В созданном ими компьютере слой воды стекает по слегка наклоненной металлической пластине. Небольшой электрический насос, в свою очередь, изменяет скорость потока и создает одиночные волны.
Чтобы точно замерить размер волны, ученые заставили воду светиться. Для этого они использовали флуоресцентный материал. Насос играет роль камней, на основе которых создаются волны.
Солитоны — или одиночные волны — движутся быстрее, а живут дольше, чем обычные круги на воде в ведре. Это позволяют компьютеру обрабатывать данные с более высокой скоростью.
Что в итоге?
Иван и Андрей протестировали способность запоминать входные данные и делать прогнозы для нескольких наборов хаотичных и случайных данных. Машина отлично справилась не только со всеми задачами, но и существенно превзошла обычный компьютер в выполнении аналогичных действий.
Кроме того, изобретатели создали специальную математическую модель. Она помогла им лучше понять физические свойства солитонов. Теперь они планируют миниатюризовать их компьютер в виде микрожидкостного чипа. Он, по их мнению, должен будет работать аналогично кремниевым аналогам в смартфонах.
В будущем их изобретение должно надежно спрогнозировать изменение климата, лесные пожары, финансовые рынки. По их мнению, эти процессы будут проходить быстро, точно и абсолютно безопасно, поскольку к кибератакам их машина не восприимчива.
На данный момент их исследовательская работа продолжается. Однако уже сейчас они надеются с помощью своего изобретения привнести сложные вычисления в не самые современные и оборудованные техникой уголки планеты.
Напомним, ранее мы рассказывали о новом суперкомпьютере NVIDIA — DGX GH 200, первом с мощностью в один экзафлопс.