Retas Landauer
Pada tahun 1961, Rolf Landauer dalam artikelnya “Irreversibilitas dan pembangkit panas dalam proses komputasi” merumuskan prinsip bahwa dalam sistem komputer apa pun, terlepas dari implementasi fisiknya, dengan kehilangan 1 bit informasi panas dilepaskan dalam jumlah setidaknya W = k B T ln2 , di mana k B adalah konstanta Boltzmann, dan T adalah suhu sistem komputasi dalam kelvin.Artinya, jika perhitungan dilakukan pada suhu kamar (300K), maka dengan hilangnya 1 bit data, sistem komputasi tidak bisa tidak menyebarkan sekitar 2,7 × 10 -21 J ke ruang sekitarnya .Dipercayai bahwa satu-satunya cara untuk mengatasi keterbatasan ini adalah dengan menggunakan apa yang disebut perhitungan reversibel . Dalam artikel ini, saya akan membuktikan bahwa prinsip Landauer bukanlah dogma, dan mengatasi penghalang yang ditetapkannya mungkin bahkan tanpa menggunakan perhitungan yang dapat dibalik.Dari mana batasan itu berasal
Kunci untuk memahami apa yang disiratkan oleh prinsip Landauer adalah dalam frasa " Perangkat biner sederhana terdiri dari partikel dalam sumur potensial bistable " (perangkat biner paling sederhana terdiri dari partikel di sumur potensial bistable):Untuk mengalihkan sistem dari status "0" ke status "1" (atau sebaliknya), kita harus:1. Memberi energi partikel yang cukup untuk mengatasi penghalang.2. Untuk mengambil energi dari partikel sehingga partikel tetap pada posisi baru.Jika kita menggunakan perhitungan reversibel, maka energi yang dipilih ditransfer ke elemen berikutnya dalam rantai perhitungan, tetapi jika perhitungan kita tidak dapat dibalikkan, kita harus membuang energi berlebih ke ruang sekitarnya dalam bentuk panas yang tidak terpakai lebih lanjut.Kami mengatasi keterbatasan
Kami akan melanjutkan dari fakta bahwa semua argumen di atas adalah benar (masyarakat memiliki cukup waktu sejak 1961 untuk memeriksa semua perhitungan teoritis), dan, sebagai hasilnya, rumus W = k B T ln2 valid untuk kasus sumur potensial dua-stabil .Untuk mengatasi keterbatasan, alih-alih sistem pengkodean data biner, kami menerapkan yang empat digit. Dengan demikian, diagram perangkat akan berubah:Untuk beralih keadaan, kita harus tetap memberikan energi partikel untuk mengatasi penghalang dan, seperti sebelumnya, dalam kasus perhitungan yang tidak dapat diubah, kelebihan energi harus dihamburkan dalam bentuk panas. Hanya sekarang, energi W dihabiskan bukan untuk satu bit data, tetapi pada dua. Jadi, ketika dikonversikan menjadi satu bit, rumusnya sekarang terlihat seperti ini:W = k B T ln2 / 2
Hambatan Landauer berkurang tepat dua kali. Jika tidak 4 lubang potensial dibuat dalam sistem, tetapi 8, maka jumlah energi yang dihamburkan akan menjadi W = k B T ln2 / 3. Dalam kasus ekstrem, ketika jumlah lubang potensial mengalir hingga tak terbatas (Saya tidak bisa membayangkan bagaimana ini dapat diimplementasikan dalam praktik , tetapi secara teori ini memiliki hak untuk ada) Landauer penghalang cenderung nol.Kesimpulan
Sampai sekarang, prinsip Landauer telah dianggap sebagai kendala mendasar yang tidak dapat diatasi pada peningkatan daya komputasi, tetapi ternyata itu adalah konsekuensi dari pilihan arsitektur sistem komputasi. Yakni, pisahkan kode bit data dengan elemen sistem.UPD (klarifikasi yang diperlukan, terima kasih Pshir ): harap perhatikan rantai komentar ini : ini → ini → ini dan ini . Source: https://habr.com/ru/post/id398881/
All Articles