将来の計算機構としての可逆コンピューティングの研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680353
• Research Institution: HIROSHIMA UNIVERSIlY
• Principal Investigator: 森田 憲一 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00093469)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 勝喜 広島大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20253106)
• Keywords: 可逆計算機構 / 可逆論理 / 論理素子 / 論理万能 / 可逆セルオートマトン / 保存性 / 量子コンピューティング

Research Abstract

将来の計算機の可能性を探る研究として、近年量子コンピューティングやDNAコンピューティングなど、自然界の現象や法則を直接に計算に用いる「ナチュラル・コンピューティング」が注目されている。物理的な可逆性を反映した可逆コンピューティングもその1つで、計算におけるエネルギー消費の問題を論じる際に重要であるだけでなく、量子コンピューティングの理論的基礎にもなっている。本研究ではそのような観点から可逆性およびそれと密接に関係する保存性を有する計算機構の理論的研究を行い、平成15年度においては以下の成果を得た。
1.可逆セルオートマトンにおける新しい可逆論理素子の実現法
前年度までの研究により「ロータリー素子」と呼ぶ可逆論理素子を提案し、その有用性を示したが、本年度はこの素子が実現できるようなセル空間で非常に単純なものを与えた。これにより、可逆的計算機構がどのように単純な可逆的法則に還元できるかという問題に対する新たな知見を与えた。
2.論理万能性を有する保存的セルオートマトンの研究
保存的セルオートマトンとは、各セルの状態が数で表現され、その数の総和が遷移によって変化しないものをいい、物質やエネルギーの保存則に対応する。ここでは単純な保存量移動規則に従う保存的セルオートマトンを与え、任意の論理回路がその空間に実現できることを示した。
3.可逆的な性質を有する記号列書換えシステムの研究
一意並列解析可能文法という記号列書換えシステムは、非同期な可逆システムの一種とみなせる。ここではそのようなシステムによりセルオートマトンが効率的に模倣できることを示した。

Research Products

• [Publications] J.Lee: "Simulation of one-dimensional cellular automata by uniquely parallel parsable grammars"Theoretical Computer Science. 304・1-3. 185-200 (2003)
• [Publications] K.Imai: "On simulations of Self-reproducing cellular automata with shape-encoding mechanism"Electronics and Communications in Japan. 87・3. 58-66 (2004)
• [Publications] K.Morita: "Simple universal reversible cellular automata in which reversible logic elements can be embedded"IEICE Trans.on Information and Systems. (in press). (2004)
• [Publications] K.Imai: "A logically universal number-conserving cellular automaton with a unary table-lookup function"IEICE Trans.on Information and Systems. (in press). (2004)
• [Publications] J.Gruska: "量子コンピューテイング(翻訳書)"森北出版. 491 (2003)