3、噪声与计算：从布尔逻辑门到大脑电路

噪声与计算：从布尔逻辑门到大脑电路

1. 蚂蚁群体行为与化学趋向性

1.1 蚂蚁群体形成与行为

蚂蚁群体的形成是一个复杂的过程。从绝对随机矩阵中会产生相序事件。在图7的示例中，展示了两个蚂蚁群体的情况，通过黄色状态路径可以理解蚂蚁是如何创建这些群体的。一只蚂蚁（用红色或绿色球表示，处于状态1或3）会经历极其复杂的相互作用。它会对群体成员间的局部活动做出响应（全局收敛），如果某个区域的浓度过高，它会决定离开该区域。在移动过程中，如果蚂蚁偶然以某种方式留下化学物质，其他蚂蚁会做出响应。真正蚂蚁群体形成的关键条件是，来自远处群体的蚂蚁能够分析不同局部的活动，并明智地决定自己的路径。

1.2 化学趋向性原理

当蚂蚁移动时，会留下一些化学物质，这些化学物质会触发其他蚂蚁移动。在露天环境中，这些化学物质不能长时间存在，会慢慢消失。DDQ CA规则表明，当红色或绿色球（代表蚂蚁）移动时，会留下黄色球的痕迹，这里的黄色球就是蚂蚁释放的化学物质。由红色和绿色球（蚂蚁）的踪迹产生的状态2的簇或化学物质，会按照DDQ CA规则慢慢消失。黄色球是DDQ的亚稳态，容易从红色和绿色球接受额外的电子并转化为红色或绿色。因此，黄色痕迹为红色和绿色球（蚂蚁）提供了一条阻力较小的路径，就好像黄色痕迹像化学物质一样刺激着蚂蚁。在图7c中，红色区域内路径完好，环境没有像黄色区域那样稀释化学物质，这种不稀释对于绿色蚂蚁定位和回溯其他蚂蚁的路径是必要的。统计发现，在每次更新时，蚂蚁会分析相邻集合状态内的复杂相互作用，最终决定路线。

2. 传统计算机逻辑电路面临的问题

2.1 遵循摩尔定律的困境

当前的微处理器在遵循摩尔定律时面临