هاك لانداور

1961- «Irreversibility and heat generation in the computing process» , , , 1 W = k_B T ln2, k_B − , T − .

(300K), 1 2,7×10^-21 .

ويعتقد أن الطريقة الوحيدة للتغلب على هذا القيد هي استخدام ما يسمى الحسابات القابلة للعكس . في هذه المقالة ، سأثبت أن مبدأ Landauer ليس عقيدة ، وأن التغلب على الحاجز الذي يضعه ممكن حتى بدون استخدام حسابات قابلة للعكس.

من أين أتى القيد

المفتاح لفهم ما يوحي به مبدأ Landauer هو في عبارة " يتكون الجهاز الثنائي البسيط من جسيم في بئر محتمل قابل للإشتعال " (أبسط جهاز ثنائي يتكون من جسيم في بئر محتمل قابل للإشتعال):


من أجل تحويل النظام من الحالة "0" إلى الحالة "1" (أو العكس) ، يجب علينا:

1. منح الجسيمات طاقة كافية للتغلب على الحاجز.
2. سحب الطاقة من الجسيم بحيث يتم تثبيت الجسيم في وضع جديد.

إذا استخدمنا حسابات قابلة للعكس ، فإن الطاقة المختارة تنتقل إلى العنصر التالي في سلسلة الحساب ، ولكن إذا كانت حساباتنا لا رجعة فيها ، يجب علينا تبديد الطاقة الزائدة في الفضاء المحيط في شكل مزيد من الحرارة غير المستخدمة.

نتغلب على القيد

سننطلق من حقيقة أن جميع الاعتبارات المذكورة أعلاه صحيحة (كان لدى المجتمع وقت كافٍ منذ عام 1961 للتحقق من جميع الحسابات النظرية) ، ونتيجة لذلك ، فإن الصيغة W = k _B T ln2 صحيحة لحالة بئر مستقر محتمل .

للتغلب على القيد ، بدلاً من نظام تشفير البيانات الثنائية ، نطبق نظامًا مكونًا من أربعة أرقام. وفقًا لذلك ، سيتغير مخطط الجهاز:


لتبديل الحالات ، لا يزال يتعين علينا إعطاء طاقة الجسيمات للتغلب على الحاجز ، وكما كان الحال من قبل ، في حالة الحساب الذي لا رجعة فيه ، يجب تبديد الطاقة الزائدة في شكل حرارة. الآن فقط ، لا يتم إنفاق الطاقة W على جزء واحد من البيانات ، ولكن على اثنين. وبالتالي ، عند التحويل إلى بت واحد ، تبدو الصيغة الآن كما يلي:

W = k _B T ln2 / 2

تم تقليل حاجز لانداور مرتين بالضبط. إذا لم يتم عمل 4 ثقوب محتملة في النظام ، ولكن 8 ، فإن كمية الطاقة المطلوبة ستكون W = k _B T ln2 / 3. في الحالة القصوى ، عندما يندفع عدد الثقوب المحتملة إلى ما لا نهاية (لا يمكنني أن أتخيل كيف يمكن تنفيذ ذلك عمليًا ، ولكن من الناحية النظرية هذا له الحق في الوجود) يميل حاجز لانداور إلى الصفر.

الخلاصة

حتى الآن ، تم اعتبار مبدأ Landauer بمثابة تقييد أساسي لا يمكن التغلب عليه مفروض على زيادة قوة الحوسبة ، ولكن اتضح أنه نتيجة لاختيار بنية نظام الحوسبة. وهي ترميز منفصل لبتات البيانات حسب عناصر النظام.

UPD (التوضيح ضروري، وذلك بفضل Pshir ): لاحظ من فضلك أن تعليق السلسلة: هذا → و → والآن هذا .