Laskenta rajat

Tietyllä massalla, tilavuudella tai energialla suoritettavan laskennan tai tietojen tallennuksen määrällä on useita fyysisiä ja teknisiä perustavanlaatuisia rajoituksia :

• Bekensteinin raja rajoittaa pallon tilavuuteen tallennettavan tiedon määrän saman alueen mustan aukon entropiaan;
• CMB - lämpötila T (noin 3 kelviniä ) asettaa alarajan loogisen elementin yhden kytkimen laskelmien suorittamiseen kulutetulle energialle, noin 4 kT , missä k  on Boltzmannin vakio . Jos laite jäähdytetään tämän lämpötilan alapuolelle käytön aikana, jäähdytykseen käytetty energia ylittää alemmasta käyttölämpötilasta saadun vaikutuksen;
• Bremermann-raja  on autonomisen laskentajärjestelmän suurin laskentanopeus aineellisessa universumissa, joka on johdettu Einsteinin massa-energiaekvivalenssista ja Heisenbergin epävarmuussuhteista ja on c 2 / h ≈ 1,36 × 10 50 bittiä sekunnissa kilogrammaa kohti [1] [ 2] ;
• Margolus-Levitinin lause asettaa rajan enimmäislaskentanopeudelle energiayksikköä kohti: 6 × 10 33 operaatiota sekunnissa per joule ;
• Landauerin periaate asettaa energiankulutuksen alarajan laskelmia varten: ;
• Kaaosteoria määrittelee, että missään laskentajärjestelmässä epäsovitusraja ei saa ylittää staattista tasoa.

Laskenta- ja tiedontallennuslaitteiden tuotantoon on ehdotettu useita menetelmiä, jotka ominaisuuksiltaan lähestyvät fyysisiä ja teknisiä perusrajoja:

• Hypoteettisesti voitaisiin käyttää kylmää kompaktia tähteä tietovarastona, joka saattaisi sen virittyneisiin tiloihin, kuten atomiin tai kvanttikuivoon . Mutta koska mikään luonnollinen rappeutunut tähti ei jäähdy oikeaan lämpötilaan pitkään aikaan, tällainen tähti olisi luotava keinotekoisesti. Lisäksi on olemassa mahdollisuus, että neutronitähtien pinnalla nukleonit voivat muodostaa "molekyylien" kompleksin [3] , jonka avulla voidaan luoda femtoteknologiaan perustuva tietokone [4] , joka olisi nopeampi ja tiheämpi. kuin nanoteknologian pohjalta luotu Computronium .
• Mustaa aukkoa voidaan käyttää myös tiedontallennus- ja/tai laskentalaitteena , mikäli sen sisältämän tiedon talteenottotekniikkaa kehitetään. Tiedon poimiminen mustasta aukosta on periaatteessa mahdollista (erityisesti Stephen Hawking ehdotti tällaista ratkaisua tietoparadoksia ratkaiseessaan ). Tämä mahdollistaa tiedon tallennustiheyden, joka vastaa täsmälleen Bekensteinin rajaa. MIT:n professorin Seth Lloydin laskelmien mukaan tällainen ”lopullinen kannettava tietokone”, joka on muodostettu puristamalla 1 kilogramma ainetta mustaan ​​aukkoon, jonka säde on 1,485 × 10 –27 metriä, kestää vain 10 –19 sekuntia, minkä jälkeen se "haihtuu" Hawking-säteilyn takia , mutta tämän erittäin lyhyen ajan kuluessa se pystyy laskemaan noin 5 × 10 50 operaatiota sekunnissa ja lopulta suorittamaan noin 10 32 operaatiota 10 16 bitillä (≈ 1 petatavu ) tietoa. Lloyd huomauttaa, että "vaikka tämä hypoteettinen laskelma suoritetaan erittäin suurilla tiheyksillä ja nopeuksilla, käytettävissä olevan datan kokonaismäärä on lähellä sitä, mitä käsitellään tietokoneilla, joihin olemme tottuneet" [5] .

Katso myös

• Transcomputing ongelma

Muistiinpanot

1. ↑ Bremermann, HJ (1962) Optimointi evoluution ja rekombinoinnin kautta Arkistoitu 18. joulukuuta 2019 Wayback Machinessa julkaisussa: Self-Organizing systems 1962, toimittanut MC Yovitts et ai., Spartan Books, Washington, DC pp . 93-106.
2. ↑ Bremermann, HJ (1965) Quantum noise and information Arkistoitu 16. tammikuuta 2020 Wayback Machinessa . 5. Berkeley Symposium matemaattisista tilastoista ja todennäköisyydestä; Univ. California Press, Berkeley, Kalifornia.
3. ↑ Elämää neutronitähdillä , The Internet Encyclopedia of Science , < http://www.daviddarling.info/encyclopedia/N/neutronstarlife.html > . Arkistoitu alkuperäisestä 11. maaliskuuta 2012. 
4. ↑ Femtotech? (Sub)Ydinmittakaavasuunnittelu ja -laskenta . Haettu 25. lokakuuta 2004. Arkistoitu alkuperäisestä 25. lokakuuta 2004. (määrätön)
5. ↑ Lloyd, Seth. Laskennan äärimmäiset fyysiset rajat  (englanniksi)  // Nature  : Journal. - 2000. - Voi. 406 , no. 6799 . - s. 1047-1054 . - doi : 10.1038/35023282 . - arXiv : quant-ph/9908043 . — PMID 10984064 . Arkistoitu alkuperäisestä 7. elokuuta 2008.