Hack Landauer
En 1961, Rolf Landauer en su artículo "Irreversibilidad y generación de calor en el proceso informático" formuló el principio de que en cualquier sistema informático, independientemente de su implementación física, con la pérdida de 1 bit de información se libera calor en una cantidad de al menos W = k B T ln2 , donde k B es la constante de Boltzmann y T es la temperatura del sistema informático en kelvins.Es decir, si el cálculo se realiza a temperatura ambiente (300K), con la pérdida de 1 bit de datos, el sistema informático no puede sino dispersar alrededor de 2.7 × 10 -21 J en el espacio circundante .Se cree que la única forma de superar esta limitación es utilizar los llamados cálculos reversibles . En este artículo, demostraré que el principio de Landauer no es un dogma y que es posible superar la barrera que establece incluso sin usar cálculos reversibles.¿De dónde vino la restricción?
La clave para comprender lo que implica el principio de Landauer está en la frase " Un dispositivo binario simple consiste en una partícula en un pozo de potencial biestable " (el dispositivo binario más simple consiste en una partícula en un pozo de potencial biestable):Para cambiar el sistema del estado "0" al estado "1" (o viceversa), debemos:1. Dar a la partícula suficiente energía para superar la barrera.2. Quitar energía de la partícula para que la partícula se fije en una nueva posición.Si usamos cálculos reversibles, la energía seleccionada se transfiere al siguiente elemento en la cadena de cálculo, pero si nuestros cálculos son irreversibles, debemos disipar el exceso de energía en el espacio circundante en forma de calor adicional no utilizado.Superamos la limitación
Procederemos del hecho de que todos los argumentos anteriores son correctos (la comunidad ha tenido suficiente tiempo desde 1961 para verificar todos los cálculos teóricos), y, como resultado, la fórmula W = k B T ln2 es válida para el caso de un pozo potencial de dos estables .Para superar la limitación, en lugar de un sistema de codificación de datos binarios, aplicamos uno de cuatro dígitos. En consecuencia, el diagrama del dispositivo cambiará:Para cambiar de estado, aún debemos dar energía a la partícula para superar la barrera y, como antes, en el caso de un cálculo irreversible, el exceso de energía debe disiparse en forma de calor. Solo ahora, la energía W se gasta no en un bit de datos, sino en dos. Por lo tanto, cuando se convierte a un bit, la fórmula ahora se ve así:W = k B T ln2 / 2
La barrera de Landauer se redujo exactamente dos veces. Si no se hacen 4 agujeros potenciales en el sistema, pero 8, entonces la cantidad de energía disipada se convertirá en W = k B T ln2 / 3. En el caso extremo, cuando el número de agujeros potenciales se precipita al infinito (no puedo imaginar cómo se puede implementar esto en la práctica , pero en teoría esto tiene derecho a existir) La barrera de Landauer tiende a cero.Conclusión
Hasta ahora, el principio de Landauer ha sido considerado como una restricción fundamental insuperable para el aumento de la potencia informática, pero resultó que es una consecuencia de la elección de una arquitectura de sistema informático. A saber, codificación separada de bits de datos por elementos del sistema.UPD (aclaración necesaria, gracias Pshir ): preste atención a esta cadena de comentarios: esto → esto → esto y esto . Source: https://habr.com/ru/post/es398881/
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