跳转至导航跳转至搜索可逆计算是一种计算模型,其中计算过程在某种程度上是时间可逆的。在使用从抽象机的一种状态到另一种状态的确定性转换的计算模型中,可逆性的必要条件是,从(非零概率)状态到其后继项的映射关系必须是一对一的。可逆计算是非常规计算的一种形式。
为此,有两种特别重要的密切相关的可逆性类型:物理可逆性和逻辑可逆性。 [1]
如果该过程不会导致物理熵的增加,则该过程在物理上是可逆的。它是等熵的。有一种理想的电路设计风格表现出这种特性,被称为电荷恢复逻辑,绝热电路或绝热计算。尽管在实践中,没有平稳的物理过程可以完全物理地实现可逆或等熵的,但是在物理定律充分远离与未知外部环境相互作用的系统中,对于实现完美可逆性的接近程度没有已知的限制准确描述了系统的演变过程。
研究旨在实际实现可逆计算的技术的最大动机可能是,它们提供了超出kT ln的基本冯·诺伊曼-兰道尔极限[2]的计算机提高计算能效的唯一潜在途径。 (2)不可逆位操作消耗的能量。尽管Landauer的限制比2000年代的计算机能耗低了几百万倍,而2010年代则低了数千倍,[3]可逆计算的支持者认为,这在很大程度上可以归因于架构开销,有效地放大了Landauer& #39;在实际电路设计中受到限制,因此,如果不使用可逆计算原理,实际技术可能很难远远超出当前的能效水平。 [4]
正如IBM的Rolf Landauer最初提出的那样[5],为了使计算过程在物理上是可逆的,它也必须在逻辑上是可逆的。 Landauer原理是严格有效的观察,即对n位已知信息的遗忘擦除必须始终在热力学熵中产生nkT ln(2)的代价。如果将旧的计算状态映射到新的计算状态的转换函数是一对一的函数,则离散的确定性计算过程在逻辑上是可逆的。即,输出逻辑状态唯一地确定计算操作的输入逻辑状态。
对于不确定的计算过程(从概率性或随机性而言),旧状态与新状态之间的关系不是单值函数,并且获得物理可逆性所需的条件变得稍微弱一些,即大小随着计算的进行,平均可能不会减少给定集合的初始初始计算状态。
Landauer原理(以及热力学第二定律本身)也可以理解为物理学潜在可逆性的直接逻辑结果,正如一般的哈密顿力学公式和单位时间所反映的那样。 -量子力学的进化算子。
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最大熵热力学–信息论在热力学和统计力学中的应用,关于热力学第二定律的不确定性解释
^贝鲁特,安托万;阿拉克(Arakelyan),阿尔塔克(Artak); Petrosyan,Artyom;塞尔吉奥(Cergio)Ciliberto;迪伦施耐德(Dillenschneider),拉乌尔(Raoul);埃里克·卢茨(2012年3月)。 Landauer的原理将信息与热力学联系起来的实验验证。自然。 483(7388):187–189。 Bibcode:2012Natur.483..187B。 doi:10.1038 / nature10872。 PMID 22398556。
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