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Computadora ternaria

Una computadora ternaria, también llamada computadora trinaria, es una computadora que utiliza lógica ternaria (esto es, base 3) en lugar del más común sistema binario (esto es, base 2) en sus cálculos. Las computadoras ternarias emplean trits (unidades ternarias de información), en lugar de bits binarios.

Tipos de estados

La computación ternaria maneja tres estados discretos, pero los dígitos ternarios pueden definirse de distintas maneras:[1]​

Sistema Estados
Ternario desbalanceado 0 1 2
Ternario desbalanceado fraccional 0 1⁄2 1
Ternario equilibrado −1 0 1
Lógica de estado desconocido F ? T
Binario codificado en ternario T F T

La computación ternaria se implementa con frecuencia en términos de ternario equilibrado, que usa los tres dígitos −1, 0 y +1. El valor negativo de cualquier dígito ternario equilibrado puede obtenerse sustituyendo cada «+» por «−» y viceversa. Es sencillo restar un número invirtiendo los dígitos «+» y «−» y, después, usando suma normal. El ternario equilibrado expresa valores negativos con la misma facilidad que los positivos, sin necesidad de un signo menos inicial (como ocurre en sistemas desbalanceados). Estas ventajas hacen que algunos cálculos sean más eficientes en ternario que en binario.[2]​ Dado que el signo del dígito es obligatorio y que los dígitos no nulos tienen magnitud 1, la notación que omite los «1» y usa solo 0 y los signos «+» y «−» resulta más concisa que la que incluye explícitamente los «1».

La computación ternaria también puede implementarse en términos de ternario desbalanceado, que usa los dígitos 0, 1 y 2. Los valores 0 y 1 pueden interpretarse como en una computadora binaria ordinaria, pero además se usa 2 (por ejemplo) como estado de «corriente de fuga». El primer diseño de semiconductores ternarios desbalanceados a gran escala sobre oblea fue implementado por el equipo de investigación dirigido por Kim Kyung-rok en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan en Corea del Sur, con vistas a microchips de bajo consumo y alta capacidad de cómputo. Este tema de investigación fue seleccionado como uno de los proyectos de futuro financiados por Samsung en 2017 y se publicó el 15 de julio de 2019.[3]​

Historia

A menudo reflexiono que, si en la infancia de la sociedad se hubiese adoptado la notación ternaria en lugar de la denaria, máquinas parecidas a las actuales habrían sido comunes mucho antes, pues la transición del cálculo mental al mecánico habría sido muy obvia y sencilla. - Thomas Fowler (carta a Sir George Biddell Airy)[4]​

Una calculadora temprana, construida íntegramente en madera por Thomas Fowler en 1840, operaba en ternario equilibrado.[5]​[6]​

La primera computadora ternaria moderna y electrónica, Setun, se construyó en 1958 en la Unión Soviética en la Universidad Estatal de Moscú por Nikolay Brusentsov,[7]​[8]​ y presentaba ventajas notables frente a las computadoras binarias que finalmente la reemplazaron, como menor consumo eléctrico y menor coste de producción.[cita requerida] En 1970 Brusentsov construyó una versión mejorada, llamada Setun-70.[7]​

En Estados Unidos, el emulador de computación ternaria Ternac (que funcionaba sobre una máquina binaria) se desarrolló en 1973.[9]​: 22  En Canadá se desarrolló la computadora ternaria QTC-1.[10]​

Aplicaciones futuras e investigación

Con la llegada de componentes binarios producidos en masa, las computadoras ternarias han perdido relevancia. Sin embargo, Donald Knuth sostiene que podrían volver a desarrollarse para aprovechar la elegancia y la eficiencia de la lógica ternaria.[2]​ Una posible vía sería combinar una computadora óptica con un sistema de lógica ternaria.[11]​ Una computadora ternaria basada en fibra óptica podría usar oscuridad como 0 y dos polarizaciones ortogonales de la luz como +1 y −1.[12]​

Se ha propuesto la unión de Josephson como celda de memoria ternaria equilibrada, usando corrientes superconductoras circulantes (sentido horario, antihorario o nula). Según los autores, «las ventajas del circuito de memoria propuesto incluyen capacidad de cómputo de alta velocidad, bajo consumo y construcción muy simple con menos elementos debido a la operación ternaria».[13]​

La computación ternaria se ha propuesto como prometedora para implementar modelos de lenguaje grandes (LLM) ternarios rápidos y, potencialmente, otras aplicaciones de IA, en lugar de aritmética de coma flotante.[14]​

Con la aparición de transistores de nanotubos de carbono, diversos proyectos han mostrado interés en diseñar puertas lógicas ternarias basadas en ellos. Entre 2020 y 2024 se publicaron más de 100 artículos sobre este tema en IEEE Xplore.[15]​

Computación cuántica ternaria

Las computadoras cuánticas ternarias usan cútrits en lugar de trits. Un cútrit es un estado cuántico que es un vector unitario complejo en tres dimensiones y puede escribirse como en la Notación bra-ket.[16]​ Las etiquetas asignadas a los vectores base () pueden sustituirse por otras (por ejemplo, las mostradas en la tabla anterior).

En la novela Tiempo para amar de Robert A. Heinlein, las computadoras sapientes de Secundus (el planeta en el que se ambienta parte de la historia marco), incluyendo a Minerva, usan un sistema ternario desbalanceado. Al informar el resultado de un cálculo, Minerva dice:

«trescientos cuarenta y un mil seiscientos cuarenta… la lectura ternaria original es unidad par par, coma, unidad nulo nulo, coma, unidad par par, coma, unidad nulo nulo, punto, nulo».[17]​

Véase también

Referencias

  1. ↑ Connelly, Jeff (2008). «Ternary Computing Testbed 3-Trit Computer Architecture». California Polytechnic State University of San Luis Obispo. 
  2. ↑ a b Knuth, Donald (1980). The Art of Computer Programming (en inglés). 2: Seminumerical Algorithms (2.ª edición). Addison-Wesley. pp. 190-192. ISBN 0-201-03822-6. 
  3. ↑ Hwang, Soon-min; Kim, Minu (17 de julio de 2019). «S. Korean researchers develop world’s first ternary semiconductor tech». Maeil Business Newspaper (Pulse). 
  4. ↑ Hayes, Brian (1 de abril de 2008). Group Theory in the Bedroom, and Other Mathematical Diversions (en inglés). Farrar, Straus and Giroux. ISBN 978-1-4299-3857-0. 
  5. ↑ McKay, John; Vass, Pamela. «Thomas Fowler». Archivado desde el original el 7 de febrero de 2007. 
  6. ↑ Glusker, Mark; Hogan, David M.; Vass, Pamela (julio-septiembre de 2005). «The Ternary Calculating Machine of Thomas Fowler». IEEE Annals of the History of Computing 27 (3): 4-22. doi:10.1109/MAHC.2005.49. 
  7. ↑ a b Nitusov, Alexander. «Nikolay Petrovich Brusentsov». Russian Virtual Computer Museum: Hall of Fame. Consultado el 25 de enero de 2010. 
  8. ↑ Trogemann, Georg; Nitussov, Alexander Y.; Ernst, Wolfgang (2001). Computing in Russia: The History of Computer Devices and Information Technology Revealed (en inglés). Vieweg+Teubner Verlag. pp. 19, 55, 57, 91, 104-107. ISBN 978-3-528-05757-2. 
  9. ↑ Epstein, George; Frieder, Gideon; Rine, David C. (1974). «The development of multiple-valued logic as related to computer science». Computer (IEEE) 7 (9): 20-32. ISSN 0018-9162. S2CID 30527807. doi:10.1109/MC.1974.6323304. 
  10. ↑ Cho, Y. H.; Mouftah, H. T. (1988). «A CMOS ternary ROM chip». Proceedings. The Eighteenth International Symposium on Multiple-Valued Logic (IEEE): 358-363. ISBN 0-8186-0859-5. doi:10.1109/ISMVL.1988.5195. Archivado desde el original el 3 de febrero de 2024. 
  11. ↑ Yi, Jin; Huacan, He; Yangtian, Lü (2005). «Ternary Optical Computer Architecture». Physica Scripta. T118: 98-101. Bibcode:2005PhST..118...98Y. doi:10.1238/Physica.Topical.118a00098. 
  12. ↑ Jin, Yi (2003). «Ternary optical computer principle». Science in China Series F: Information Sciences (en inglés) 46 (2): 145-150. ISSN 1009-2757. S2CID 35306726. doi:10.1360/03yf9012. 
  13. ↑ Morisue, M.; Endo, J.; Morooka, T.; Shimizu, N.; Sakamoto, M. (1998). «A Josephson ternary memory circuit». Proceedings. 1998 28th IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic (Cat. No.98CB36138) (IEEE): 19-24. ISBN 978-0-8186-8371-8. S2CID 19998395. doi:10.1109/ISMVL.1998.679270. 
  14. ↑ Ma, Shuming; Wang, Hongyu; Ma, Lingxiao; Wang, Lei; Wang, Wenhui; Huang, Shaohan; Dong, Li; Wang, Ruiping; Xue, Jilong; Wei, Furu (27 de febrero de 2024). «The Era of 1-bit LLMs: All Large Language Models are in 1.58 Bits». Computation and Language (en inglés). arXiv:2402.17764. 
  15. ↑ «IEEE Xplore Search Results». IEEE Xplore. IEEE. Archivado desde el original el 17 de junio de 2024. Consultado el 17 de junio de 2024. 
  16. ↑ Williams, Colin P. (2011). Explorations in Quantum Computing (en inglés). Springer. pp. 22-23. ISBN 978-1-84628-887-6. 
  17. ↑ Heinlein, Robert (1982). «Variations on a theme III: Domestic problems». Time Enough for Love (en inglés). Berkley Books. p. 99. ISBN 978-0-399-11151-8. 

Lecturas adicionales

  • Hunger, Francis (2007). Eine Recherche über den sowjetischen Ternarcomputer [SETUN. An Inquiry into the Soviet Ternary Computer] (en inglés). Institut für Buchkunst Leipzig (Hochschule für Grafik und Buchkunst Leipzig). ISBN 978-3-932865-48-0. 

Enlaces externos

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