Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Fizyczne mechanizmy zapominania

Zgodnie z zasadą Landauera wymazywanie informacji zawsze wymaga zużycia pewnej energii. Fizycy korzystający ze środków unijnych określili, w jaki sposób można zminimalizować ten nieunikniony koszt związany z obliczeniami kwantowymi.
Fizyczne mechanizmy zapominania
W 1961 r. fizyk Rolf Landauer wysunął tezę, według której wymazanie jednego bitu informacji z pamięci komputerowej — na przykład ustawienie cyfry dwójkowej na zero — w sposób nieunikniony wiąże się z generowaniem ciepła. Zasada ta stanowi pomost między teorią informacji a fizyką.

Rzuca ona światło na szereg problemów związanych z przetwarzaniem informacji. Zakłada istnienie granicy określającej, jak niska może być dyssypacja energii, a tym samym zużycie energii przez komputer. Obniżenie tej granicy było celem badania QUANTUMLANDAUER (Beating Landauer's limit in the quantum regime).

W ramach projektu fizycy badali możliwe odstępstwa od modelu Landauera, które pozwoliłyby na bardziej energooszczędne wymazywanie informacji. Uczeni podeszli do problemu nieuniknionego rozpraszania ciepła z perspektywy probabilistycznej.

W modelu Landauera wymazywanie informacji polega na oddziaływaniu między obiektem i zbiornikiem cieplnym. W efekcie zawsze istnieje minimalna ilość rozpraszanego ciepła, proporcjonalna do zmniejszenia entropii, jakiemu podlega obiekt. Ta dolna granica osiągana jest jednak tylko w pewnych sytuacjach. Ponadto, nie da się jej uzyskać dla dowolnego zbiornika cieplnego. Aby określić minimalne osiągalne rozpraszanie ciepła, fizycy zoptymalizowali wszelkie możliwe operatory działające na układ złożony z obiektu i zbiornika.

Zespół QUANTUMLANDAUER znalazł też sposób na zminimalizowanie ilości energii przenoszonej do zbiornika w postaci ciepła. Ma on zastosowanie do przypadku, w którym prawdopodobieństwo wygenerowania obiektu w stanie czystym jest mniejsze niż maksymalne prawdopodobieństwo wymazania informacji.

Korzystając z narzędzi z zakresu teorii majoryzowania, fizycy scharakteryzowali klasę równoważności operatorów sprowadzających prawdopodobieństwo wymazania informacji do żądanej wartości. Określili również kompromis między maksymalnym prawdopodobieństwem wymazania informacji a minimalnym rozpraszaniem ciepła.

Rozpraszanie ciepła w układach komputerowych stanowi przeszkodę dla ich miniaturyzacji. W komputerach kwantowych wykorzystujących prawa fizyki kwantowej w celu zwiększenia mocy obliczeniowej granica Landauera jest już przesuwana. Badanie QUANTUMLANDAUER, opublikowane na łamach New Journal of Physics, powstało zatem w odpowiednim momencie.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Zasada Landauera, obliczenia kwantowe, przetwarzanie informacji, QUANTUMLANDAUER, wymazywanie informacji
Numer rekordu: 190967 / Ostatnia aktualizacja: 2017-01-31
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę