基于化学波的计算：扰动下的可靠逻辑运算

计算和逻辑运算可以在不同类型的系统中实现。包括生物分子、基因调控网络或相互作用的机械系统在内的多种系统，均可实现基本的逻辑运算乃至计算。在本研究中，我们使用反应-扩散系统（如 Belousov-Zhabotinsky (BZ) 反应）来开发非常规计算框架。基于以往在该介质中展示基本化学逻辑门（AND、OR、NOT、XOR）的研究，我们将这一概念扩展到使用多路复用器-解复用器（MUX-DEMUX）结构的可编程信号路由。我们设计了通过波前相互作用（碰撞、合并和湮灭）选择性传输信息的化学网络，使化学波能够将输入导向特定的输出。为了评估稳健性，我们在系统参数中引入了扰动。尽管存在这些变异，所有模拟均可靠地执行了其预期的逻辑运算。这证明了该系统对随机性的内在容忍度，类似于生物系统在噪声条件下可靠处理信息的方式。因此，我们的工作将逻辑计算与动态模式形成相结合，并突出了反应-扩散系统作为在噪声存在下进行稳健信息处理的物理基础平台的潜力。