UIN3068 Přírodou inspirované výpočty

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
léto 2022
Rozsah
2/0/0. 4 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Ing. Petr Sosík, Dr. (přednášející)
Garance
doc. Ing. Petr Sosík, Dr.
Ústav informatiky – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Rozvrh
každý sudý pátek 8:05–11:20 B3a
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Posluchač se seznámí s nejnovějšími trendy v oblasti výzkumu konstrukce počítačů a automatů založených na neelektrických principech. Jejich společným jmenovatelem je možnost vysoké paralelizace pří nepatrných rozměrech výpočetních komponent, slibujících možnost řešení výpočetně obtížných problemů. Důraz je položen na metody DNA výpočtů a kvantových výpočtů.
Osnova
  • 1. Úvod: abstraktní složitostní třídy, Turingův stroj s rádcem a nápovědou, problém P versus NP, možné strategie řešení dnes výpočetně nezvládnutelných problémů.
    2. Proč potřebujeme nová média? Problémy objemu aktivních prvků a spotřeby energie dnešní technologie na bázi elektřiny, jejich mechanistické pojetí výpočtu.
    3. Kvantové výpočty, bity a qubity, reversibilita výpočtů. Kvantová hradla a sítě, kvantové algoritmy, kvantový paralelismus.
    4. Deutschův problém XOR, Shorův faktorizační algoritmus (jen idea). Problémy s dekoherencí. Složitost kvantových výpočtů.
    5. DNA výpočty, vlastnosti DNA, komplementarita. PCR reakce, denaturace a hybridizace, stříhání a slepování, separace molekul pomocí elektroforézy.
    6. Výpočty pomocí rekombinace a pomocí stříhání/slepování. Dvou- a třírozměrné DNA struktury. Možné aplikace v medicíně a nanotechnologiích.
    7. Další biologicky a chemicky inspirované modely. Abstraktní chemický stroj, membránové výpočty.
    8. Evoluční výpočty, interaktivní konečný automat a interaktivní Turingův stroj. Evoluční posloupnosti kognitivních automatů a jejich výpočetní síla.
Literatura
    doporučená literatura
  • AMOS, M. Theoretical and Experimental DNA Computation. Springer-Verlag, Berlin, 2005. info
  • Păun, G. Membrane Computing. Springer-Verlag, Berlin, 2002. info
  • GRUSKA, J. Quantum Computing. McGraw-Hill, New York, 1999. info
Výukové metody
Přednáška s aktivizací
Přednáška s analýzou videozáznamu
Metody hodnocení
Zkouška
Informace učitele
Účast na nejméně 70% výukových hodin, vypracování závěrečného samostatného projektu a jeho schválení vyučujícím.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je zařazen také v obdobích léto 2016, léto 2017, léto 2018, léto 2019, léto 2020, léto 2021, léto 2023, léto 2024.