Hack Landauer
En 1961, Rolf Landauer dans son article «Irréversibilité et génération de chaleur dans le processus informatique» a formulé le principe que dans tout système informatique, quelle que soit sa mise en œuvre physique, à la perte d'un bit d'information, la chaleur est libérée en une quantité d'au moins W = k B T ln2 , où k B est la constante de Boltzmann et T est la température du système informatique en kelvins.Autrement dit, si le calcul est effectué à température ambiante (300 K), alors avec la perte de 1 bit de données, le système informatique ne peut que disperser environ 2,7 × 10 -21 J dans l'espace environnant .On pense que la seule façon de surmonter cette limitation est d'utiliser les calculs dits réversibles . Dans cet article, je prouverai que le principe Landauer n'est pas un dogme, et que surmonter la barrière qu'il établit est possible même sans utiliser de calculs réversibles.D'où vient la restriction
La clé pour comprendre ce que le principe de Landauer implique est dans la phrase " Un simple dispositif binaire se compose d'une particule dans un puits de potentiel bistable " (le dispositif binaire le plus simple consiste en une particule dans un puits de potentiel bistable):Afin de faire passer le système de l'état «0» à l'état «1» (ou vice versa), nous devons:1. Donner à la particule suffisamment d'énergie pour franchir la barrière.2. Pour retirer l'énergie de la particule afin que la particule soit fixée dans une nouvelle position.Si nous utilisons des calculs réversibles, alors l'énergie sélectionnée est transférée à l'élément suivant dans la chaîne de calcul, mais si nos calculs sont irréversibles, nous devons dissiper l'excès d'énergie dans l'espace environnant sous forme de chaleur supplémentaire non utilisée.Nous surmontons la limitation
Nous partirons du fait que tous les arguments ci-dessus sont corrects (la communauté a eu assez de temps depuis 1961 pour vérifier tous les calculs théoriques), et, par conséquent, la formule W = k B T ln2 est valable pour le cas d'un puits potentiel à deux stables .Pour surmonter la limitation, au lieu d'un système de codage de données binaires, nous appliquons un système à quatre chiffres. En conséquence, le schéma de l'appareil changera:Pour changer d'état, il faut quand même donner l'énergie des particules pour franchir la barrière et, comme précédemment, dans le cas d'un calcul irréversible, l'excès d'énergie doit être dissipé sous forme de chaleur. Seulement maintenant, l'énergie W est dépensée non pas sur un bit de données, mais sur deux. Ainsi, lorsqu'elle est convertie en un bit, la formule ressemble maintenant à ceci:W = k B T ln2 / 2
La barrière de Landauer a été réduite exactement deux fois. S'il n'y a pas 4 trous potentiels dans le système, mais 8, alors la quantité d'énergie dissipée deviendra W = k B T ln2 / 3. Dans le cas extrême, lorsque le nombre de trous potentiels se précipite à l'infini (je ne peux pas imaginer comment cela peut être mis en œuvre dans la pratique , mais en théorie, cela a le droit d'exister) La barrière Landauer tend à zéro.Conclusion
Jusqu'à présent, le principe Landauer a été considéré comme une restriction fondamentale insurmontable imposée à l'augmentation de la puissance de calcul, mais il s'est avéré qu'il s'agit d'une conséquence du choix d'une architecture de système informatique. A savoir, codage séparé des bits de données par les éléments du système.UPD (clarification nécessaire, merci Pshir ): veuillez faire attention à cette chaîne de commentaires: ceci → ceci → ceci et cela . Source: https://habr.com/ru/post/fr398881/
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