69、基于元胞自动机的波基多数门研究

基于元胞自动机的波基多数门研究

1. 引言

近年来，人们对多数门的物理实现表现出越来越浓厚的兴趣。以下是几个例子：
- 自旋波多数门 ：这是一种自旋电子器件，具有低空间复杂度和超低功耗的特点。Fischer等人展示了一种可以使用三叉拓扑结构由多数门构建的微波器件，该器件利用了自旋波的干涉，自旋波是电子自旋的同步模式。
- 等离子体多数门 ：它在金属和介电设备之间传播。Dutta等人在纳米级可级联光子介质中实现了等离子体多数门，信息被编码在电波强度的幅度和相位中。

元胞自动机计算经常通过原子信号来实现，其灵感来源于冯·诺依曼对具有29种元胞状态的自动机普遍性的证明。通过粒子（如滑翔机或移动定位）之间的反应进行计算的方式受到了流行的康威生命游戏的启发，在这个游戏中会出现许多复杂的模式并相互作用。另一方面，通过竞争模式进行计算的方法也被提出。

类似生命规则的家族是亚激发介质的离散模拟，生命游戏并不是该领域中唯一具有复杂行为的规则。存在一类类似生命的规则，其中“元胞永不死亡”，即状态“1”是一个吸收状态。其中之一是无死亡生命（LwD）家族，由Griffeath和Moore进行了研究。在LwD自动机中，我们可以观察到模式的传播，这种传播是由于基于规则的限制而形成的，类似于亚激发化学介质和多头绒泡菌中的情况。

使用多数门相对于串行和传统门具有诸多优势，包括减少操作和空间、提高速度以及进行并行计算。逐步地，一些用与非门和异或门设计的电路可以用多数门进行改进。例如，量子点元胞自动机经常利用多数门来设计电路。

2. 类似生命规则中的传播模式