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 tu computadora, con su estilo de matemáticas que se basa en el sistema de código binario de "encendido" y "apagado" 1 y 0, no es ideal para resolver todos los problemas.

Por eso 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 máximo potencial.

Toroczkai y sus colaboradores han estado trabajando para desarrollar un enfoque matemático novedoso que ayudará a avanzar en la computación más allá del marco digital. Su artículo más reciente, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , describe una nueva matemática, "solucionador" analógico que potencialmente puede encontrar la mejor solución a problemas NP-difíciles.

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, problemas asociados con la programación, plegamiento de proteínas, bioinformática, la formación de imágenes médicas y muchas otras áreas son casi insolubles con métodos conocidos. Después de probar su nuevo método en una variedad de problemas NP-difíciles, los investigadores concluyeron que su solucionador tiene el potencial de conducir a mejores, y posiblemente más rápido, soluciones que se pueden calcular digitalmente.

Se utilizaron computadoras analógicas para predecir las mareas desde principios hasta mediados del siglo XX, guía las armas en los acorazados y lanza los primeros cohetes de la NASA al espacio. Primero usaron engranajes y tubos de vacío, y después, transistores, que podría configurarse para resolver problemas con una variedad 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 obtenga instantáneamente la respuesta correcta. Sin embargo, Las computadoras analógicas eran engorrosas y propensas al "ruido" (perturbaciones en las señales) y eran difíciles de reconfigurar para resolver diferentes problemas. así que cayeron en desgracia.

Las computadoras digitales surgieron después de que los transistores y los circuitos integrados se produjeran en masa de manera confiable, y para muchas tareas son precisos y suficientemente flexibles. Algoritmos informáticos, en forma de software, son conjuntos de instrucciones que le indican al hardware de la computadora cómo funcionar. Debido a que el proceso está restringido al uso de 0 y 1, esto también simplifica su programación, y permitió que la informática digital dominara durante casi 70 años.

Sin embargo, sus restricciones pueden impedir que las computadoras digitales resuelvan problemas NP-difíciles 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 un viaje, pero en el medio debe viajar a todas las diferentes ciudades de una lista. ¿Cuál es la ruta más eficiente entre todos los puntos? El problema se vuelve exponencialmente más desafiante con la adición de más ciudades. La dificultad con estos problemas de optimización, Toroczkai señaló, es "aunque siempre puedes encontrar una respuesta, no se puede determinar si es óptimo. Determinar que no existe una solución mejor 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 informática digital, que tiene una larga historia en el desarrollo de algoritmos, Los algoritmos para computadoras analógicas carecen de una base de conocimientos similar y, por lo tanto, son muy difíciles de diseñar. El enfoque de Toroczkai es diferente de los 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 dentro de la Facultad de Ingeniería de Notre Dame. Las computadoras analógicas se construirían para tareas específicas, y no para las necesidades informáticas diarias. Este trabajo es parte de una esfuerzo multiinstitucional, denominada Electrónica Colectiva de Eficiencia Energética Extrema (EXCEL), dirigido por Suman Datta de Notre Dame, Catedrático de Ingeniería Freimann y profesor de ingeniería eléctrica, en colaboración con Sharon Hu, profesor de informática e ingeniería.

"En su mayoría, hay problemas de ingeniería que deben resolverse en este punto, tales como capacidades espurias y mejor control del ruido, pero va a llegar "Dijo Toroczkai." Idealmente me gustaría ver que tienes esta caja en tu escritorio que es tu agenda. Y va a hacer un trabajo mucho mejor que su computadora normal ".