Számítási határok

Egy adott tömeg, térfogat vagy energia felhasználásával elvégezhető számítási vagy adattárolási mennyiségnek számos alapvető fizikai és technikai korlátja van :

• A Bekenstein -korlát a gömb térfogatában tárolható információ mennyiségét egy azonos területű fekete lyuk entrópiájára korlátozza;
• A CMB T hőmérséklet (körülbelül 3 kelvin ) alsó határt szab a logikai elem egyik kapcsolójában végzett számításokhoz felhasznált energiának, körülbelül 4 kT , ahol k  a Boltzmann -állandó . Ha a készüléket működés közben ez alá a hőmérséklet alá hűtik, akkor a hűtésre fordított energia meghaladja az alacsonyabb üzemi hőmérsékleten elért hatást;
• A Bremermann-határérték  egy autonóm számítástechnikai rendszer maximális számítási sebessége az anyagi univerzumban, amely az Einstein -tömeg-energia egyenérték és a Heisenberg-féle bizonytalanság összefüggéseiből származik , és c 2 / h ≈ 1,36 × 10 50 bit/ s /kg [1] [ 2] ;
• A Margolus-Levitin-tétel határt szab az egységnyi energia maximális számítási sebességére: 6 × 10 33 művelet másodpercenként joule -onként ;
• A Landauer -elv meghatározza az energiafogyasztás alsó határát a számításokhoz: ;
• A káoszelmélet meghatározza, hogy egyetlen számítástechnikai rendszerben sem haladhatja meg a statikus szintet.

Számítástechnikai és adattároló eszközök gyártására számos módszert javasoltak, amelyek képességeiket tekintve megközelítik az alapvető fizikai és műszaki határokat:

• Hipotetikusan egy hideg kompakt csillagot használhatunk adattárként, gerjesztett állapotba hozva, például atomot vagy kvantumkútot . De mivel egyetlen természetes degenerált csillag sem hűl le a megfelelő hőmérsékletre sokáig, ezért mesterségesen kell létrehozni egy ilyen csillagot. Emellett fennáll annak a lehetősége, hogy a neutroncsillagok felszínén a nukleonok "molekulákból" [3] komplexet alkothatnak , amiből a femtotechnológián alapuló komputronium [4] készíthető , ami gyorsabb és sűrűbb lenne . mint a nanotechnológia alapján megalkotott Computronium .
• A fekete lyuk adattárolóként és/vagy számítástechnikai eszközként is használható , ha a benne található információk kinyerésének technológiáját kifejlesztik. Az információ kinyerése a fekete lyukból elvileg lehetséges (különösen Stephen Hawking javasolta ezt a megoldást az információs paradoxon feloldásakor ). Ez lehetővé teszi a bekensteini határértéknek pontosan megfelelő információtárolási sűrűség elérését. Seth Lloyd, az MIT professzorának számításai szerint egy ilyen „végső laptop”, amelyet 1 kilogramm anyag 1,485 × 10–27 méter sugarú fekete lyukba préselésével hoztak létre, mindössze 10–19 másodpercig bírja majd. „elpárolog” a Hawking-sugárzás miatt , de ez alatt az ultrarövid idő alatt körülbelül 5 × 10 50 műveletet tud majd számolni másodpercenként, és végül körülbelül 10 32 műveletet hajt végre 10 16 biten (≈ 1). petabájt ) információ. Lloyd megjegyzi, hogy "bár ezt a hipotetikus számítást rendkívül nagy sűrűséggel és sebességgel hajtják végre, a feldolgozásra rendelkezésre álló adatok teljes mennyisége közel van ahhoz, amit az általunk megszokott számítógépeken dolgoznak fel" [5] .

Lásd még

• Transzcomputing probléma

Jegyzetek

1. ↑ Bremermann, HJ (1962) Optimalizálás evolúción és rekombináción keresztül Archiválva : 2019. december 18., a Wayback Machine In: Self-Organizing systems 1962, szerkesztette: MC Yovitts et al., Spartan Books, Washington, DC pp . 93-106.
2. ↑ Bremermann, HJ (1965) Kvantumzaj és információ Archiválva : 2020. január 16. a Wayback Machine -nél . 5. Berkeley szimpózium a matematikai statisztikákról és valószínűségekről; Univ. California Press, Berkeley, California.
3. ↑ Élet a neutroncsillagokon , The Internet Encyclopedia of Science , < http://www.daviddarling.info/encyclopedia/N/neutronstarlife.html > . Az eredetiből archiválva : 2012. március 11. 
4. ↑ Femtotech? (Sub)Nuclear Scale Engineering and Computation . Letöltve: 2004. október 25. Az eredetiből archiválva : 2004. október 25.. (határozatlan)
5. ↑ Lloyd, Seth. A számítás végső fizikai határai  (angol)  // Nature  : Journal. - 2000. - Vol. 406 , sz. 6799 . - P. 1047-1054 . - doi : 10.1038/35023282 . - arXiv : quant-ph/9908043 . — PMID 10984064 . Archiválva az eredetiből 2008. augusztus 7-én.