Кто про что. А мне не дают покоя квантовые компьютеры. То, что на дороге квантовой революции сметаются препятствия квантовой механики, меня уже не беспокоит. Сказал же Фейнман, что никто не понимает квантовую механику. То, что информацию собираются передавать мгновенно, несколько смущает, но пусть сначала передадут. Хотя подрыв одновременно квантов и СТО выглядит несколько карнавально. Но тут выясняется, что революция покушается и на термодинамику. Если и здесь они правы, то оксюморон технологической сингулярности (комсомольская богиня) приобретает реальные основания.
Компьютер, любой, это устройство для переработки информации.
Информация – «осознанные сведения об окружающем мире, которые являются объектом хранения, преобразования, передачи и использования.».
Насколько информация осмысленная предоставим судить философам. Но почти сразу, научившись передавать информацию по проводам, инженеры начали вопрошать – как численно измерить информацию? Что нужно сделать, чтобы сообщение пришло без искажений? Сразу после войны Шеннон связал количество информации с вероятностью появления символа и назвал эту величину информационной энтропией. Была предложена единица измерения (бит). Если потерь (шумов) нет, то энтропия на каждый знак log(пл основанию2)N (N – количество букв в алфавите; 2 появляется из-за двоичного кодирования). Если есть помехи, то надо в формулу добавить вероятность появления случайного значения. Шеннону удалось сформулировать требования к каналу связи, но нам интереснее идеальный случай – помех нет, а в алфавите только 0 и 1 (N=2) и, главное, слово энтропия. Оно здесь не случайно. Ещё Больцман строил статистическую физику, подсчитывая количество возможных вариантов (конфигураций) распределения молекул в сосуде. Он выяснил смысл загадочного слова энтропия, как логарифма числа вариантов «расположения» молекул, пояснил причину второго начала термодинамики и не отступил от известной формулы dq=Tds (приток тепла вызывает изменение энтропии ~ температуре). Передавая информацию, решая задачу, вводя и выводя данные мы заведомо изменяем состояние, и значит информационную энтропию, всех задействованных нами устройств. А это требует энергетических затрат. Ограничение снизу даёт принцип Ландауэра – kT*Ln2 на бит !
Можно понять почему.
Чтобы перегнать частицу из одного бистабильного состояния в другое (0➔1), надо снабдить её энергией для преодоления барьера. А потом зафиксировать там. Но kT*Ln2 это минимальные затраты (барьер не ниже кТ).
На практике «…в США введен в строй новый суперкомпьютер Summit» ( https://eadaily.com/ru/news/2018/06/11/samyy-moshchnyy-v-mire-superkompyuter-potreblyaet-20-megavatt-energii ), который потребляет 20 МВт.
Замечу, что до предела Ландауэра кремниевым компам как до Марса. Хотя энергоэффективность в этом веке удалось повысить на 3 порядка, но и работают они с меньшими массивами информации, а главное, при комнатной температуре.
Боюсь огорчить, но если где и зарыта «технологическая сингулярность», то где-то здесь. Поиграем. Формула E=mc^2 ещё не опровергнута оптическими компьютерами. Тогда масса 1 бита – 3*10^(-38) кг. 1Тб = 10^(-25)кг. Количество информации пока удваивается каждые 5 лет. Итого, такими темпами, через 500 лет информация потянет половину массы Земли. (Это очередное запугивание. После Мальтуса в экспоненциальный рост системы с ограниченными ресурсами никто не верит. Но на выбросы парниковых газов можно уже внимание не обращать.)
Но вернёмся к квантовым компам. Они работают при низких температурах. Вентиляторов там не поставишь. Хладопроизводительность мизерная. А ведь глубина вычислений, время сохранение когерентности – основные характеристики этих устройств. Там микроватт величина гигантская.
Вопрос — когда кубитов будет много, куда пойдёт сброс тепла? При температуре микрокельвин на бит нужно минимум 10^(-29)Дж. Но 100 кубитов это 10^30бит.
Или и термодинамике тоже конец?
Если глянуть в https://nplus1.ru/news/2018/05/22/quantum-Landauer, то в эксперименте Лэндауер устоял.
И сказано: «Если кто-то скажет, что ваша любимая теория Вселенной не согласуется с уравнениями Максвелла, — тем хуже для уравнений Максвелла. Если обнаружится, что её опровергают наблюдаемые явления, — ну что тут скажешь, эти экспериментаторы нередко запарывают свою работу. Но если ваша теория противоречит второму началу термодинамики, я не думаю, что у неё есть хоть какие-то шансы; ей остаётся лишь исчезнуть, потерпев унизительное поражение» (Артур Эддингтон)