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¿Es necesario consumir energía para realizar el cómputo?

Que yo sepa, hoy en día la mayoría de los ordenadores están hechos de dispositivos semiconductores, por lo que la energía que se consume todo se convierte en el calor emitido en el espacio.

Pero me pregunto, ¿es necesario consumir energía para realizar el cálculo?

  • Si es así, hay un teórico numérico límite inferior de la utilización de la energía ? (Incluso tengo ni idea acerca de cómo medir la cantidad de "cálculo")

  • Si no, hay una física-prácticas de Turing-completo modelo que no necesita de energía?


editar: Gracias a @Nathaniel rápidamente para responder a la pregunta y señalar que es en realidad el principio de Landauer. Gracias también a @horchler para referirse a la Naturaleza de las Noticias y las relacionadas con el artículo. Hay un montón de información útil en los comentarios; gracias a cada uno! Todo este material es realmente interesante!

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Herb Wilf Puntos 196

Lo que estamos buscando es el principio de Landauer. Usted debe ser capaz de encontrar un montón de información acerca de ella ahora que usted sabe su nombre, pero brevemente, hay un límite termodinámico que dice que usted tiene que usar $k_BT \ln 2$ joules of energy (where $k_B$ is Boltzmann's constant and $T$ es la temperatura ambiente) cada vez que borrar un bit de la memoria de la computadora. Con un poco de trucos, todas las demás operaciones que un ordenador no puede realizarse sin el uso de ningún tipo de energía.

Este conjunto de trucos que se llama reversible de computación. Resulta que usted puede hacer cualquier cálculo reversible, evitando así la necesidad de borrar los bits y por lo tanto el uso de la energía, pero al final tener para almacenar todo tipo de datos no deseados en la memoria, porque no se puede borrar. Sin embargo, hay algunos trucos para lidiar con eso. Está bastante bien desarrollado el área de matemática de la teoría, en parte porque la teoría de la computación cuántica, se construye sobre él.

La energía consumida por el borrado de un bit se emite en forma de calor. Cuando usted borra un poco de memoria a reducir la entropía de información de su computadora por un bit, y para hacer esto usted tiene que aumentar la termodinámica la entropía de su entorno por un bit, que es igual a $k_B \ln 2$ joules per kelvin. The easiest way to do this is to add heat to the environment, which gives the $k_BT \ln 2$ figura anterior. (En principio no hay nada especial sobre el calor y la entropía del medio ambiente también podría ser aumentada por el cambio de su volumen o la conducción de una reacción química, pero la gente más o menos universalmente pensar de Landauer del límite en términos de calor y energía en lugar de esas otras cosas.)

Por supuesto, todo esto es en teoría solamente. En la práctica, equipo que hemos construido hasta ahora se utiliza en muchos órdenes de magnitud más energía de la que landauer límite.

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