Hack Landauer
Em 1961, Rolf Landauer em seu artigo “Irreversibilidade e geração de calor no processo de computação” formulou o princípio de que em qualquer sistema de computador, independentemente de sua implementação física, com a perda de 1 bit de informação, o calor é liberado em uma quantidade de pelo menos W = k B T ln2 , onde k B - constante de Boltzmann e T - a temperatura em Kelvin do sistema de computação.Ou seja, se o cálculo for realizado à temperatura ambiente (300K), com a perda de 1 bit de dados, o sistema de computação não pode deixar de espalhar cerca de 2,7 × 10 -21 J no espaço circundante .Acredita-se que a única maneira de superar essa limitação seja usar os chamados cálculos reversíveis . Neste artigo, vou provar que o princípio de Landauer não é um dogma e que superar a barreira que estabelece é possível mesmo sem o uso de cálculos reversíveis.De onde veio a restrição
A chave para entender o que o princípio de Landauer implica está na frase " Um dispositivo binário simples consiste em uma partícula em um poço potencial biestável " (o dispositivo binário mais simples consiste em uma partícula em um poço potencial biestável):Para mudar o sistema do estado “0” para o estado “1” (ou vice-versa), devemos:1. Fornecer à partícula energia suficiente para superar a barreira.2. Retirar energia da partícula para que ela seja fixada em uma nova posição.Se usarmos cálculos reversíveis, a energia selecionada será transferida para o próximo elemento na cadeia de cálculo, mas se nossos cálculos forem irreversíveis, devemos dissipar o excesso de energia no espaço circundante na forma de calor não utilizado adicional.Superamos a limitação
Vamos prosseguir com o fato de que todos os argumentos acima estão corretos (a comunidade teve tempo suficiente desde 1961 para verificar todos os cálculos teóricos) e, como resultado, a fórmula W = k B T ln2 é válida para o caso de um poço com potencial estável .Para superar a limitação, em vez de um sistema de codificação de dados binários, aplicamos um de quatro dígitos. Consequentemente, o diagrama do dispositivo será alterado:Para mudar de estado, ainda precisamos fornecer energia às partículas para superar a barreira e, como antes, no caso de cálculos irreversíveis, o excesso de energia deve ser dissipado na forma de calor. Só agora, a energia W é gasta não em um bit de dados, mas em dois. Assim, quando convertida em um bit, a fórmula agora fica assim:W = k B T ln2 / 2
A barreira de Landauer foi reduzida exatamente duas vezes. Se não forem feitos quatro furos em potencial no sistema, mas 8, a quantidade de energia dissipada se tornará W = k B T ln2 / 3. No caso extremo, quando o número de furos em potencial chegar ao infinito (não consigo imaginar como isso pode ser implementado na prática). , mas em teoria isso tem o direito de existir) A barreira de Landauer tende a zero.Conclusão
Até agora, o princípio de Landauer era considerado uma restrição fundamental intransponível ao aumento do poder da computação, mas acabou sendo uma consequência da escolha de uma arquitetura de sistema de computação. Ou seja, separe a codificação dos bits de dados pelos elementos do sistema.UPD (esclarecimentos necessários, obrigado Pshir ): preste atenção a esta cadeia de comentários: isto → isto → isto e isto . Source: https://habr.com/ru/post/pt398881/
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