В том-то всё и дело, что я в данном случае вообще не забиваю себе голову никакими термодинамическими выкладками. Суть происходящего — именно хакинг, что и отражено в названии. Весь математический аппарат и весь физический бэкграунд я априорно считаю правильным (ремарка «у сообщества с 1961 года было достаточно времени проверить все теоретические выкладки»). Просто на вход этих теоретических выкладок подаю систему не с двумя ямками, а с четырьмя и вижу, что сумма «к оплате» не изменилась. Только мы теперь платим её не за 1 бит, а за два.
Если бы сейчас был 1961-год и уважаемый господин Ландауэр запостил свою статью не в IBM Journal, а на форум, то суть своей претензии я мог бы выразить примерно таким комментом: «Hey, bro, why do you considered simple binary device as a bistable? What if such device has more then two stable states?»
Я не настолько хорошо знаком с тематикой «квантовые компьютеры», чтобы браться рассуждать об их термодинамике. Хотя что-то мне подсказывает, что кубит гораздо больше похож на устремлённое к бесконечности количество потенциальных ямок, чем на нашу родную двухстабильную, хранящую классический бит.
Ну, не знаю… Лично для меня очевидно, что картинка с четырьмя ямками и тремя горбиками всё наглядно иллюстрирует. Тут же важен принцип, а детали физической реализации традиционно могут быть любыми. В том числе и такими, о которых мы даже помыслить не можем.
>> Однако думаю всё это концепции и теории.
Всё когда-то начиналось как концепции и теории ;)
Вообще, сочиняя эту шалость, я меньше всего думал о новых элементных базах (хотя если мобильник будет чуть медленнее разряжаться, то это тоже сладко). Настоящий интерес, конечно, сильно глубже. Дело в том, что принцип Ландауэра [был] самым сильным аргументом в пользу эквивалентности термодинамической и информационной энтропий. Остальные аргументы значительно слабее. Если устраняется фундаментальность принципа Ландауэра, то всё становится намного интереснее, чем было раньше.
Обязательно. Но только эта штука не учитывается Ландауэром в его оригинальной статье (по всей видимости, очень не зря не учитывается), и поэтому здесь мы тоже не будем её учитывать, ладно?
1. Все переходы требуют одинаковой энергии. Если энергия частицы поднялась так, что ей становится доступным преодоление первого холмика, то и все остальные ей становятся одинаково доступны.
2. Да, конечно.
>> Если второе верно — покажите тип памяти (прототип) или логику ваших рассуждений.
Ну Вы прям хотите, чтобы я сразу придумал, рассказал и, желательно, показал действующий прототип нового прорыва в элементной базе. Не требуйте от меня такого ужаса. Я простой скромный программист ;)
Мы все привыкли, что в нашем дивном цифровом мире данные всегда записываются отдельными ноликами и единичками. Настолько привыкли, что воспринимаем это как само собой разумеющийся единственный вариант. Но это, конечно, просто привычка. Следствие того, что двухстабильные потенциальные ямы проще реализуются «в кремнии».
Допустим, результатом вычисления является направление, в котором вылетает фотон. Регистрируем этот результат двумя фотоэлементами. Такая система, как и положено, будет на запись (скорее, на последующее стирание) одного бита тратить минимум kB T ln2 джоуля. Но если фотоэлементов не два, а четыре? А если сто? А если миллион? Количество рассеиваемых джоулей остаётся неизменным, но количество бит уже другое. Для миллиона это почти 20.
На первый взгляд действительно может показаться, что переключения «00->01», «00->10» и «00->11» принципиально отличаются друг от друга. В первом случае нужно преодолеть один холмик, во втором два, в третьем все три. Но что если добавить измерений и сделать конструкцию двумерной? Например, вот так:
00 | 01
---------
10 | 11
Получаем, что переключения «00->01» и «00->10» перестали отличаться друг от друга, но «00->11» по-прежнему особняком. А теперь представьте себе тетраэдр… Намёк понятен?
Помните пожалуйста, что картинка с ямками и холмиками — это всего лишь визуализация. По оси «иксов» у нас совсем не обязательно пространственная координата.
Понимаете, дело ведь совсем не в конструкциях транзисторов. Вычислительный процесс — это ведь не только кремний, подложка, электрические контакты и прочие знакомые с детства вещи.
Коварство принципа Ландауэра как раз в том, что требование рассеивания порции энергии при выполнении необратимого вычисления выдвигаются вне зависимости от того, на каких физических принципах реализовано вычисление. Электроника — да, он работает. Какая-нибудь спинтроника или фотоника — тоже. Именно поэтому этот принцип всегда рассматривается как фундаментальное ограничение.
Теперь же понятно, что это никакое не фундаментальное ограничение, и при желании и некоторой сноровке планочку можно понизить в два раза. Или в три. Или, особо исхитрившись, убрать совсем.
В двухстабильной потенциальной яме шарик попадает в ту яму, в которой у него отобрали излишек энергии. В четырёхстабильной — та же история. Разницы — никакой.
В микромире немножко не те законы, как в нашем грешном макромире.
Это нас шарик, перекатившись из 00 в 01, потратит энергию на трение и на сопротивление воздуха, и следующую горку уже не одолеет. А в микромире в той конструкции, которая нарисована на рисунке, если шарик имеет энергию, достаточную для преодоления одной горки, он начинает вечно туда-сюда кататься, пока в какой-нибудь из лунок у него энергию специально не отберут.
Это, собственно, и будет тот самый dissipation, который необходим в необратимых вычислениях.
А почему высота барьерчиков в четырёхстабильной яме должна быть другой? Высота барьерчика должна быть ровно такая, чтобы исключить самопроизвольное перескакивание шарика, и поэтому определяется только температурой, но никак не количеством ямок.
Если бы сейчас был 1961-год и уважаемый господин Ландауэр запостил свою статью не в IBM Journal, а на форум, то суть своей претензии я мог бы выразить примерно таким комментом: «Hey, bro, why do you considered simple binary device as a bistable? What if such device has more then two stable states?»
>> Однако думаю всё это концепции и теории.
Всё когда-то начиналось как концепции и теории ;)
Вообще, сочиняя эту шалость, я меньше всего думал о новых элементных базах (хотя если мобильник будет чуть медленнее разряжаться, то это тоже сладко). Настоящий интерес, конечно, сильно глубже. Дело в том, что принцип Ландауэра [был] самым сильным аргументом в пользу эквивалентности термодинамической и информационной энтропий. Остальные аргументы значительно слабее. Если устраняется фундаментальность принципа Ландауэра, то всё становится намного интереснее, чем было раньше.
2. Да, конечно.
>> Если второе верно — покажите тип памяти (прототип) или логику ваших рассуждений.
Ну Вы прям хотите, чтобы я сразу придумал, рассказал и, желательно, показал действующий прототип нового прорыва в элементной базе. Не требуйте от меня такого ужаса. Я простой скромный программист ;)
Мы все привыкли, что в нашем дивном цифровом мире данные всегда записываются отдельными ноликами и единичками. Настолько привыкли, что воспринимаем это как само собой разумеющийся единственный вариант. Но это, конечно, просто привычка. Следствие того, что двухстабильные потенциальные ямы проще реализуются «в кремнии».
Допустим, результатом вычисления является направление, в котором вылетает фотон. Регистрируем этот результат двумя фотоэлементами. Такая система, как и положено, будет на запись (скорее, на последующее стирание) одного бита тратить минимум kB T ln2 джоуля. Но если фотоэлементов не два, а четыре? А если сто? А если миллион? Количество рассеиваемых джоулей остаётся неизменным, но количество бит уже другое. Для миллиона это почти 20.
Получаем, что переключения «00->01» и «00->10» перестали отличаться друг от друга, но «00->11» по-прежнему особняком. А теперь представьте себе тетраэдр… Намёк понятен?
Помните пожалуйста, что картинка с ямками и холмиками — это всего лишь визуализация. По оси «иксов» у нас совсем не обязательно пространственная координата.
Коварство принципа Ландауэра как раз в том, что требование рассеивания порции энергии при выполнении необратимого вычисления выдвигаются вне зависимости от того, на каких физических принципах реализовано вычисление. Электроника — да, он работает. Какая-нибудь спинтроника или фотоника — тоже. Именно поэтому этот принцип всегда рассматривается как фундаментальное ограничение.
Теперь же понятно, что это никакое не фундаментальное ограничение, и при желании и некоторой сноровке планочку можно понизить в два раза. Или в три. Или, особо исхитрившись, убрать совсем.
Это нас шарик, перекатившись из 00 в 01, потратит энергию на трение и на сопротивление воздуха, и следующую горку уже не одолеет. А в микромире в той конструкции, которая нарисована на рисунке, если шарик имеет энергию, достаточную для преодоления одной горки, он начинает вечно туда-сюда кататься, пока в какой-нибудь из лунок у него энергию специально не отберут.
Это, собственно, и будет тот самый dissipation, который необходим в необратимых вычислениях.