Hesaplama sınırları - Limits of computation

Sınırları hesaplama farklı bir dizi faktöre tarafından yönetilir. Özellikle, belirli bir kütle , hacim veya enerji miktarı ile gerçekleştirilebilecek hesaplama veya veri depolama miktarı için çeşitli fiziksel ve pratik sınırlar vardır .

Donanım sınırları veya fiziksel sınırlar

İşleme ve bellek yoğunluğu

  • BEKENSTEIN bağlı sınırlarına küresel bir hacim içinde saklanabilir bilgi miktarını entropi a kara delik aynı yüzey alanına sahip.
  • Termodinamik , bir sistemin veri depolamasını enerjisine, parçacık sayısına ve parçacık modlarına göre sınırlar. Uygulamada, Bekenstein sınırından daha güçlü bir sınırdır.

İşleme hızı

İletişim gecikmeleri

  • Margolus-Levitin teoremi bir enerji birimi başına en fazla hesaplama hızına bağlı olarak ayarlar: 6 x 10 33 başına saniyede işlemleri joule . Bununla birlikte, kuantum belleğe erişim varsa bu sınırdan kaçınılabilir . Daha sonra, bir temel hesaplama adımı başına keyfi olarak küçük miktarlarda enerji/zaman gerektiren hesaplama algoritmaları tasarlanabilir.

Enerji temini

  • Landauer ilkesi , enerji tüketimi için daha düşük bir teorik sınır tanımlar: k T ln 2 tersinmez durum değişikliği başına tüketilir; burada k , Boltzmann sabitidir ve T , bilgisayarın çalışma sıcaklığıdır. Tersinir hesaplama bu alt sınıra tabi değildir. T , teoride bile , kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun yaklaşık sıcaklığı olan 3 kelvin'den daha düşük yapılamaz , soğutmaya hesaplamada tasarruf edilenden daha fazla enerji harcamadan. Bununla birlikte, 10 9 - 10 10 yıllık bir zaman ölçeğinde , kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu katlanarak azalacak ve bunun sonunda enerji birimi başına 10 30 kadar hesaplamayı mümkün kıldığı ileri sürülmüştür . Bu argümanın önemli kısımları tartışmalıdır.

Fiziksel sınırlara yaklaşan cihazlar oluşturma

Fiziksel ve pratik sınırlara yaklaşan bilgi işlem cihazları veya veri depolama cihazları üretmek için çeşitli yöntemler önerilmiştir:

  • Soğuk dejenere bir yıldız , bu amaçlar için kullanılan bir atom veya kuantum kuyusu ile aynı şekilde, çeşitli uyarılmış durumlara dikkatlice karıştırılarak dev bir veri depolama cihazı olarak kullanılabilir. Böyle bir yıldızın yapay olarak inşa edilmesi gerekir, çünkü hiçbir doğal dejenere yıldız bu sıcaklığa çok uzun bir süre soğumayacaktır. O da mümkündür nükleonları yüzeyinde nötron yıldızlarının bir türü oluşturarak, bazı amaçlara hesaplamak için kullanılabilecek ileri sürmüşlerdir kompleksi "molekülleri", kurabilir computronium dayalı femtotechnology daha hızlı ve daha yoğun computronium daha dayanan olacağını, nanoteknoloji .
  • Kapsanan bilgilerin çıkarılması için pratik bir mekanizma bulunabilirse, bir veri depolama veya bilgi işlem cihazı olarak bir kara delik kullanmak mümkün olabilir. Bu tür bir çıkarım prensipte mümkün olabilir ( Stephen Hawking'in kara delik bilgi paradoksuna önerdiği çözüm ). Bu, Bekenstein sınırına tam olarak eşit depolama yoğunluğunu elde eder . Seth Lloyd , bir kilogram maddenin 1.485 × 10 −27 metre yarıçaplı bir kara deliğe sıkıştırılmasıyla oluşan "nihai dizüstü bilgisayarın" hesaplama yeteneklerini hesapladı ve Hawking radyasyonu nedeniyle buharlaşmadan önce sadece 10 −19 saniye süreceğine karar verdi , ancak bu kısa süre içinde 10 x 5 kadar bir oranda hesaplamak verebilecek 50 sonuç olarak yaklaşık 10 performans saniyede işlemleri, 32 10 işlemler 16 bit (~ 1 PB ). Lloyd, "İlginç bir şekilde, bu varsayımsal hesaplama çok yüksek yoğunluklarda ve hızlarda gerçekleştirilmesine rağmen, işlenecek toplam bit sayısı, daha tanıdık bir ortamda çalışan mevcut bilgisayarların kullanabileceği sayıdan çok uzak değil."
  • In Tekillik Yakın Ray Kurzweil evrensel ölçekli bilgisayar 10 yeteneğine sahip olduğunu Seth Lloyd hesaplamaları değinir 90 saniyede operasyonları. Evrenin kütlesi 3 × 10 52 kilogram olarak tahmin edilebilir . Evrendeki tüm maddeler bir kara deliğe dönüştürülseydi, Hawking radyasyonu nedeniyle buharlaşmadan önce ömrü 2,8 × 10 139 saniye olurdu . Bu yaşam süresi boyunca, böyle evrensel ölçekli bir kara delik bilgisayarı 2,8 × 10 229 işlemleri gerçekleştirecektir.

Bilgisayar biliminde soyut sınırlar

Teorik alanında bilgisayar bilimleri computability ve karmaşıklığı hesaplamalı sorunların sıklıkla aranan edilir. Hesaplanabilirlik teorisi, problemlerin hesaplanabilir olma derecesini tanımlarken, karmaşıklık teorisi asimptotik kaynak tüketimi derecesini tanımlar. Bu nedenle hesaplama problemleri karmaşıklık sınıflarıyla sınırlıdır . Aritmetik hiyerarşi ve polinom hiyerarşi problemleri polinom zamanda sırasıyla hesaplanabilir ve hesaplanabilir olduğu için derecesini sınıflandırmak. Örneğin , aritmetik hiyerarşinin düzeyi hesaplanabilir, kısmi işlevleri sınıflandırır. Ayrıca, bu hiyerarşi öyle katıdır ki, aritmetik hiyerarşideki diğer herhangi bir sınıfta kesinlikle hesaplanamaz işlevleri sınıflandırır .

Gevşek ve sıkı sınırlar

Bilgisayar biliminde fiziksel sabitler ve soyut hesaplama modelleri açısından elde edilen birçok limit gevşektir. Bilinen çok az limit, en ileri teknolojileri doğrudan engellemektedir, ancak birçok mühendislik engeli şu anda kapalı form limitleri ile açıklanamamaktadır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar