Файл:Toffoli BilliardBall.gifFredkin and Toffoli Gatebilliard ball model of an AND gate. When a single billiard ball arrives at the gate through input 0-in or 1-in, it passes through the device unobstructed and exits via 0-out or 1-out. However, if a 0-in billiard ball arrives simultaneously as a 1-in billiard ball, they collide with each other in the upper-left-hand corner of the device and redirect each other to collide again in the lower-right-hand corner of the device. One ball then exits via 1-out and the other ball exits via the lower AND-output. Thus, the presence of a ball being emitted from the AND-output is logically consistent with the output of an AND gate that takes the presence of a ball at 0-in and 1-in as inputs.
Вместо использования электронных сигналов, как в обычном компьютере архитектуры фон Неймана, он применяет принципы движения бильярдных шаров при отсутствии трения. Бильярдный компьютер может быть использован для изучения связей между обратимыми вычислениями и обратимыми процессами в физике.
Описание
Бильярдный компьютер моделирует булевы логические схемы, используя вместо проводов пути, по которым движутся шары, ограниченные стенками: сигнал кодируется наличием или отсутствием шаров на путях, а логические вентили моделируются при помощи столкновений шаров на пересечениях путей. В частности, можно так подобрать пути шаров, чтобы получить вентиль Тоффоли, универсальный обратимый логический вентиль, с помощью которого можно получить любой другой обратимый логический вентиль. Это означает, что правильно подобранный бильярдный компьютер способен провести любые вычисления[2].
Моделирование
Бильярдный компьютер можно моделировать, используя различные типы обратимых клеточных автоматов, включая блочные и второго порядка. В таких моделях шары движутся с постоянной скоростью вдоль осей координат, чего достаточно для моделирования логических схем. Как шары, так и стенки соответствуют некоторым группам живых (содержащих 1) ячеек, а объемлющее поле заполнено мёртвыми (содержащими 0) ячейками[3].
