Skip to main content

Beating Landauer’s Limit in the Quantum Regime

Article Category

Article available in the folowing languages:

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.

Energia
Badania podstawowe

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.

Słowa kluczowe

Zasada Landauera, obliczenia kwantowe, przetwarzanie informacji, QUANTUMLANDAUER, wymazywanie informacji

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania

Wyznaczanie trendów w nauce
Badania podstawowe

29 Listopada 2018