คำถามที่ว่าความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อลบข้อมูลเพียงเล็กน้อยทำให้นักวิทยาศาสตร์รู้สึกตื่นเต้นมานานหลายทศวรรษแล้ว โดยพิจารณาจากความหมายพื้นฐานสำหรับอุณหพลศาสตร์และการคำนวณ นักฟิสิกส์ในไอร์แลนด์และสหราชอาณาจักรได้ถามคำถามเกี่ยวกับบิตควอนตัมเครื่องกล (qubits) และพบว่าการเชื่อมโยงกันของ qubits สามารถนำไปสู่การกระจายความร้อนสูงอย่างน่าประหลาดใจ
พวกเขากล่าวว่าผลที่ได้มีนัยสำคัญ
สำหรับการปกป้องฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่ไวต่อความร้อนและยังให้แสงสว่างเพิ่มเติมเกี่ยวกับความขัดแย้งของปีศาจของ Maxwell James Clerk Maxwell เสนอปีศาจที่มีชื่อเสียงของเขาในปี 1867 เพื่อแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้อย่างไรที่จะละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ซึ่งระบุว่าเอนโทรปีของระบบปิดมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเท่านั้น แมกซ์เวลล์นึกภาพอัจฉริยะตัวเล็ก ๆ กำลังควบคุมประตูในพาร์ติชั่นโดยแบ่งกล่องแก๊สซึ่งในขั้นต้นจะมีอุณหภูมิสม่ำเสมอ เขาแย้งว่าการเปิดและปิดประตูในเวลาที่เหมาะสม ปีศาจสามารถจัดเรียงโมเลกุลของแก๊สตามความเร็วของพวกมัน เพื่อให้ครึ่งหนึ่งของกล่องบรรจุโมเลกุลที่เร็วกว่าและร้อนกว่าอีกครึ่งหนึ่ง สิ่งนี้จะลดเอนโทรปีโดยไม่ส่งพลังงานไปยังอนุภาคโดยตรง ในปีพ.ศ. 2504 Rolf Landauerที่ IBM ได้เสนอหลักการที่ระบุว่าการคำนวณทางตรรกะที่ไม่สามารถย้อนกลับได้จะสร้างเอนโทรปี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เขาพบว่าการลบข้อมูลเพียงเล็กน้อยทำให้ต้องมีการปล่อยความร้อนในปริมาณต่ำสุด นั่นคือ kTln(2)
โดยที่ k คือค่าคงที่ของ Boltzmann และ T คืออุณหภูมิ จากแนวคิดนี้Charles Bennettซึ่งทำงานที่ IBM เช่นกัน จากนั้นจึงโต้แย้งในปี 1982 ว่าหลักการนี้อธิบายความขัดแย้งของ Maxwell อสูรอาศัยหน่วยความจำในการจัดเรียงโมเลกุล โดยหน่วยความจำนั้นจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงและขัดเกลาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะช่วยส่งเสริมเอนโทรปี
การลบ qubit มีราคาแพงกว่าไหม
ในงานล่าสุดJohn Goold , Giacomo GuarnieriและMark Mitchisonที่ Trinity College Dublin และ Harry Miller จาก University of Manchester ได้ตรวจสอบว่าการลบ qubit กระจายความร้อนมากกว่าการขัดบิตแบบคลาสสิกหรือไม่ Qubits สามารถอยู่ในสถานะซ้อนทับ ทำให้สามารถดำรงอยู่เป็นหนึ่งและศูนย์ได้ในเวลาเดียวกัน และเพื่อสร้างพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม
ตามที่ Goold และเพื่อนร่วมงานชี้ให้เห็น การกระจายความร้อนสามารถลดลงได้โดยการลบข้อมูลในช่วงเวลาที่ขยายออกไป เพื่อให้ระบบอยู่ใกล้กับสมดุลทางความร้อน อย่างไรก็ตาม จะมีความผันผวนของความร้อนอยู่เสมอ ซึ่งหมายความว่าในทางปฏิบัติมีโอกาสที่การลบบิตที่กำหนดจะกระจายความร้อนมากกว่าขีดจำกัดของรถ Landauer อย่างมีนัยสำคัญ
นักฟิสิกส์ได้ทำการทดลองหลายครั้งเพื่อดูว่าสามารถผลักการกระจายนี้ไปได้ต่ำเพียงใด โดยทั่วไปแล้วจะใช้อนุภาคที่เคลื่อนที่แบบบราวเนียนและถูกกักไว้ในศักยภาพของหลุมคู่ งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อลบข้อมูลซ้ำๆ ปริมาณความร้อนที่กระจายไปทำให้เกิดการกระจายแบบเกาส์เซียนที่มีค่าเฉลี่ยใกล้เคียงกับขีดจำกัดของรถม้า
เพื่อดูว่าการกระจายตัวทางสถิติของการกระจายตัวในกรณีของควอนตัมแตกต่างกันหรือไม่ Goold และเพื่อนร่วมงานได้ขยายการวิเคราะห์ทางทฤษฎีของศักยภาพหลุมคู่ ในระบบสองระดับเหล่านี้ ค่าบิตที่เก็บไว้จะสอดคล้องกับหลุมที่อนุภาคอยู่ ปีศาจสามารถเพิ่มระดับพลังงานของบ่อน้ำทั้งสองบ่อเพื่อให้ศักยภาพของมันเกือบจะแบนราบ จากนั้นจึงปล่อยให้ความผันผวนของความร้อนทำให้อนุภาคตกลงไปในอีกหลุมหนึ่ง – หากไม่มีอยู่ตั้งแต่แรก สิ่งนี้จะตั้งค่าระบบใหม่เป็นสถานะที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
ดังนั้นการลบค่าบิตและปล่อยความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อม
ตัวเลือกการขุดอุโมงค์ในกรณีของ qubit ที่มีการซ้อนทับกันของสถานะบ่อน้ำทั้งสองแห่ง อย่างไรก็ตาม มีสองวิธีที่จะเอาชนะอุปสรรคด้านพลังงานที่เหลืออยู่ หนึ่งคือการกระโดดข้ามผ่านความผันผวนของความร้อน และอีกวิธีหนึ่งคือการเจาะอุโมงค์ใต้ กลไกหลังนี้สามารถสร้างความผันผวนของควอนตัมขนาดใหญ่ในความร้อนที่กระจายออกไป ซึ่งหมายความว่าโดยเฉลี่ยแล้ววงจรการลบเพียงเล็กน้อยบางส่วนจะปล่อยความร้อนจำนวนมากออกสู่สิ่งแวดล้อม
เมื่อคำนวณผลรวมแล้ว Goold และเพื่อนร่วมงานพบว่าตามที่คาดไว้ ปริมาณความร้อนเฉลี่ยที่กระจายไปเมื่อลบ qubit นั้นเหมือนกับที่จ่ายให้ในกรณีของบิตแบบคลาสสิก อย่างไรก็ตาม พวกเขาค้นพบว่าพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการลบที่สิ้นเปลืองที่สุดในทั้งสองกรณีนั้นแตกต่างกันมาก ในการจำลองครั้งหนึ่ง พวกเขาพบว่าความร้อนที่ปล่อยออกมามากที่สุดในวัฏจักรคลาสสิกใด ๆ ประมาณสี่เท่าของขีดจำกัดของรถ Landauer ในขณะที่การลบที่เกี่ยวข้องกับการขุดอุโมงค์ – ประมาณหนึ่งในทุก ๆ พันสำหรับ qubit – การกระจายความร้อนอาจเกินขีดจำกัดของ Landauer มากกว่า ปัจจัย 30
การเชื่อมโยงกันของควอนตัมทำให้ปีศาจของ Maxwell ร้อนแรงขึ้นพวกเขาคิดว่าแม้เพียงเศษเสี้ยวของวงจรการลบออกอาจก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรงที่อาจเกิดความร้อนสูงเกินไปในอุปกรณ์ขนาดควอนตัมในอนาคต เนื่องจากคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ไม่สามารถย้อนกลับได้หลายพันล้านบิตต่อวินาที พวกเขายังบอกด้วยว่ามันให้มุมมองเพิ่มเติมเกี่ยวกับความขัดแย้งของอสูรของ Maxwell เนื่องจากปีศาจที่มีหน่วยความจำควอนตัมจะจบลงด้วยความร้อนมากกว่าที่มีหน่วยความจำแบบคลาสสิก
ผลลัพธ์ในขณะนี้ยังคงเป็นทฤษฎีล้วนๆ แต่กลุ่มกล่าวว่าพวกเขาให้เครื่องหมายสำหรับนักทดลองเพื่อแยกแยะระหว่างความผันผวนของควอนตัมและความร้อน – ข้อเท็จจริงที่ว่ามีเพียงอดีตเท่านั้นที่สามารถสร้างเหตุการณ์สองเหตุการณ์ต่อเนื่องกันที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยพลังงานควอนตัม เทคโนโลยีควอนตัมล้ำสมัยเช่นวงจรตัวนำยิ่งยวดสามารถใช้เพื่อค้นหาเหตุการณ์คู่ดังกล่าวได้
Credit : creativedotmedia.info cuibfoundation.org diablo3witchdoctorguide.net discountairjordans13.com diwaligreetings.org
