Anonim

Het idee van koeling door wissen lijkt in strijd te zijn met een principe dat in 1961 door natuurkundige Rolf Landauer werd geformuleerd. Hij toonde aan dat het wissen van informatie verwant is aan een afname van entropie of stoornis. Aangezien de entropie in het algemeen altijd moet toenemen, moet het verwijderen van bits daarom gepaard gaan met een toename van de entropie van de omgeving, die zich manifesteert als warmte.

De warmte die tegenwoordig door een computer wordt geproduceerd, is voornamelijk te wijten aan verwerkingsinefficiënties, en hoewel deze kunnen worden verminderd, impliceert het inzicht van Landauer een fundamentele limiet voor hoeveel u de door computer gegenereerde warmte kunt verminderen.

Nu hebben Lídia del Rio van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Zürich en collega's aangetoond dat kwantumverstrengeling een manier is om rond de wet van Landauer te sluipen.

n

Entropie dip

Om te begrijpen hoe dit zou kunnen werken, overweeg twee mensen die elk proberen een reeks bits in het computergeheugen te wissen, die kunnen bestaan ​​uit 1'en of 0'en. Een van de twee heeft geen kennis van de opgeslagen bits, dus om ervoor te zorgen dat ze worden gewist, moet hij of zij ze altijd opnieuw instellen op "0", ongeacht hun oorspronkelijke inhoud. De tweede persoon kent echter de inhoud van de string en hoeft dus alleen die bits te resetten die 1s zijn.

In deze situatie moet de eerste persoon gemiddeld meer werk doen om de tekenreeks te wissen dan de tweede. Als gevolg hiervan wordt gezegd dat de "voorwaardelijke entropie" van het geheugen lager is voor de eerste persoon dan de tweede.

Stel je nu voor dat de te wissen geheugenbits verstrikt zijn in andere objecten. In een dergelijk systeem wordt door het observeren of bepalen van de toestand van het ene onderdeel onmiddellijk de toestand van het andere bepaald. Dus een waarnemer die toegang heeft tot de verwarde objecten, kan zelfs meer van het geheugen weten dan anders mogelijk zou zijn, waardoor de voorwaardelijke entropie van het systeem daalt en negatief wordt wanneer het geheugen wordt gewist.

Vreemdheid op het werk

Del Rio en collega's hebben wiskundig aangetoond dat deze negatieve voorwaardelijke entropie het equivalent is van het onttrekken van warmte aan de omgeving of koeling.

Het team voorziet toekomstige computers met dergelijke verstrengelde systemen. Het wissen van een deel van het geheugen van een computer moet leiden tot koeling. "Als je naar dit verwarde niveau van operaties gaat, zit je aan de limiet van wat natuurkunde je toestaat", zegt teamlid Vlatko Vedral van de Universiteit van Oxford.

Dit is niet in strijd met de wetten van de thermodynamica: er is nog steeds een algemene toename van entropie omdat energie nodig is om het verwarde systeem in eerste instantie te creëren.