Limits of computation
http://dbpedia.org/resource/Limits_of_computation
The limits of computation are governed by a number of different factors. In particular, there are several physical and practical limits to the amount of computation or data storage that can be performed with a given amount of mass, volume, or energy.
rdf:langString
Existuje řada fyzikálních limitů prakticky omezujících výpočetní výkon a objem uložených dat pro dané množství hmoty, objemu nebo energie.
* omezuje množství informace, která se vejde do objemu koule, maximálně na velikost entropie černé díry o stejném objemu.
* Ve skutečnosti jsou termodynamická omezení pro množství úložených dat v systému založeném na energii, počtu částic nebo stavech částic, silněji limitující, než Bekensteinova hranice.
* Teplota záření kosmického mikrovlnného pozadí udává prakticky nejmenší množství energie spotřebované k výpočtu přibližně ln(2) kT na jednu "nevratnou změnu stavu", kde k je Boltzmannova konstanta a T je teplota pozadí (zhruba 3 kelviny). Výpočetní přístroj však může být schlazen tak, aby prováděl výpočty pod touto teplotou, avšak energie vydaná n
rdf:langString
Existem vários limites físicos e práticos para a quantidade de computação ou armazenamento de dados que podem ser realizados com uma determinada quantidade de massa, volume e energia:
* O limite de Bekenstein restringe a quantidade de informação que pode ser armazenada dentro de um volume esférico para a entropia de um buraco negro com a mesma área de superfície.
* A temperatura da radiação cósmica de fundo dá um limite inferior prático para a energia consumida para realizar cálculos de aproximadamente 4kT por mudança de estado, onde T é a temperatura de fundo (cerca de 3 kelvins), e k é a constante de Boltzmann. Enquanto que um aparelho pode ser resfriado para operar abaixo dessa temperatura, a energia gasta pelo resfriamento compensaria o benefício da menor temperatura de operação.
*
rdf:langString
Существует ряд фундаментальных физических и технических ограничений на объём вычислений или хранения данных, которые могут быть осуществлены при использовании массы, объёма или энергии данной величины: Предложен ряд методов для производства вычислительных устройств и устройств хранения данных, которые по своим возможностям приближаются к фундаментальным физическим и техническим пределам:
rdf:langString
rdf:langString
Limits of computation
rdf:langString
Limity výpočetního výkonu
rdf:langString
Пределы вычислений
rdf:langString
Limites da computação
xsd:integer
2855255
xsd:integer
1112937500
rdf:langString
Existuje řada fyzikálních limitů prakticky omezujících výpočetní výkon a objem uložených dat pro dané množství hmoty, objemu nebo energie.
* omezuje množství informace, která se vejde do objemu koule, maximálně na velikost entropie černé díry o stejném objemu.
* Ve skutečnosti jsou termodynamická omezení pro množství úložených dat v systému založeném na energii, počtu částic nebo stavech částic, silněji limitující, než Bekensteinova hranice.
* Teplota záření kosmického mikrovlnného pozadí udává prakticky nejmenší množství energie spotřebované k výpočtu přibližně ln(2) kT na jednu "nevratnou změnu stavu", kde k je Boltzmannova konstanta a T je teplota pozadí (zhruba 3 kelviny). Výpočetní přístroj však může být schlazen tak, aby prováděl výpočty pod touto teplotou, avšak energie vydaná na toto chlazení by již vyvážila energetickou účinnost výpočtů pod touto teplotou.
* udává maximální výpočetní rychlost soběstačného systému z hmoty. Tento zákon je založen na vlastnostech hmoty, energie a omezeních kvantové neurčitosti.
* stanovuje hranici maximálního výpočetního výkonu na jednotku energie: 6×1033 operací za joule.
* je fyzikální zákon týkajícího se teoreticky nejmenšího množství energie nutného k provedení výpočtu.
* je teorie vyvinutá na základě "Rangelově křivce hraničních úrovní výpočtů," která udává úrovně "k" v otevřeném systému jakéhokoliv výpočtu, ve kterém se využije Boltzmannova konstanta pro určení maximální výpočetní rychlosti. Několik navržených teoretických metod k získání výpočetních nebo datových zařízení, která by se vlastnostmi blížila k hranicím fyzikálním. Studená zdegenerovaná hvězda by mohla být využita jako obrovská zásobárna informace tím, že by se opatrně vybudila do různých excitovaných stavů, stejně jako se pro tyto účely využívají atomy nebo . Taková hvězda by musela být vytvořena uměle, jelikož žádná přírodní degenerovaná hvězda nezchladne dříve než za extrémně dlouhou dobu. Je také možné, aby na povrchu neutronové hvězdy vytvořily komplex "molekul", o kterém se tvrdí, že by mohl být využit k výpočetním účelům vytvořením určitého typu computronia založeného na femtotechnologii. To by bylo rychlejší a hustější, než computronium založené na nanotechnologii. Mohlo by být možné využívat černou díru jako úložiště dat a/nebo výpočetní zařízení, pokud by byly nalezeny praktické způsoby jak informaci z děr číst. Takové získávání informací by v principu mohlo být možné (Stephen Hawking navrhl řešení v ). To by v praxi znamenalo dosáhnout hustoty informace přesně na Bekensteinově hranici. Professor Seth Lloyd zjišťoval schopnosti početního výkonu "ultimátního laptopu" vzniklého stlačením kilogramu hmoty do černé díry o poloměru 1.485×10−27 metrů. Životnost takové černé díry by byla pouhých 10−19 sekund, než by se však v důsledku Hawkingova záření vypařila, dokázala by provádět výpočty rychlostí 5×1050 operací za sekundu. Celkově by stihla provést 1032 operací a zpracovat tak ×1016 bitů (~1 PB). Lloyd poznamenal; „Zajímavé, že ačkoliv by byly tyto hypotetické výpočty prováděny za extrémně vysokých hustot a při vysokých rychlostech, výsledný počet zpracovaných bitů by se příliš nelišil od počtu bitů zpracovávaných současnými počítači, které pracují v mnohem přívětivějším podmínkách.“
rdf:langString
The limits of computation are governed by a number of different factors. In particular, there are several physical and practical limits to the amount of computation or data storage that can be performed with a given amount of mass, volume, or energy.
rdf:langString
Existem vários limites físicos e práticos para a quantidade de computação ou armazenamento de dados que podem ser realizados com uma determinada quantidade de massa, volume e energia:
* O limite de Bekenstein restringe a quantidade de informação que pode ser armazenada dentro de um volume esférico para a entropia de um buraco negro com a mesma área de superfície.
* A temperatura da radiação cósmica de fundo dá um limite inferior prático para a energia consumida para realizar cálculos de aproximadamente 4kT por mudança de estado, onde T é a temperatura de fundo (cerca de 3 kelvins), e k é a constante de Boltzmann. Enquanto que um aparelho pode ser resfriado para operar abaixo dessa temperatura, a energia gasta pelo resfriamento compensaria o benefício da menor temperatura de operação.
* O limite de Bremermann é a velocidade máxima computacional de um sistema auto-suficiente no universo material, e baseia-se em massa-energia contra restrições de incerteza quânticas. Vários métodos tem sido propostos para a produção de aparelhos computacionais ou dispositivos de armazenamento de dados que se aproximam dos limites físicos e práticos:
* Uma estrela resfriada e em degeneração poderia concebivelmente ser usada como um aparelho gigante de armazenamento de dados, de maneira cuidadosa perturbando-a para vários estados animados, da mesma maneira que um átomo ou poço quântico é usado para estes propósitos. Tal estrela teria que ser construída artificialmente, já que nenhuma estrela em degeneração iria resfriar até tal temperatura por um tempo extremamente longo. Também é possível que nucleons na superfície de estrelas de nêutron poderiam formar complexas “moléculas” que alguns sugeriram que poderia ser utilizado para propósitos computacionais, criando um tipo de computrônio baseado em Femtotecnologia que poderia ser mais rápido e denso que o computrônio baseado em nanotecnologia.
* Pode ser possível utilizar um buraco negro como armazenamento de dados e/ou aparelho computacional, se um mecanismo prático para extração de informações contidas puder ser encontrado. Esta extração pode, a princípio, ser possível (a resolução proposta de Stephen Hawking para o paradoxo da informação em buracos negros). Isto alcançaria a densidade de armazenamento exatamente igual a do Limite de Bekenstein. O Professor Seth Lloyd calculou as habilidades computacionais de um “laptop supremo” formado pela compactação de um quilo de matéria num buraco negro de raio 1.485 × 10−27 metros, concluindo que duraria cerca de 10-19 segundos antes da evaporação, devido à Radiação de Hawking,mas que durante este breve período de tempo poderia computar numa taxa de 5 × 1050 operações por segundo, em última análise, realizando cerca de 1032 operações em 1016 bits. Lloyd observa que “Curiosamente, embora este cálculo hipotético é executado em densidades e velocidades elevadíssimas, o número total de bits disponíveis para serem processados não está longe do número disponível para os computadores atuais que operam num ambiente familiar.”
rdf:langString
Существует ряд фундаментальных физических и технических ограничений на объём вычислений или хранения данных, которые могут быть осуществлены при использовании массы, объёма или энергии данной величины:
* Предел Бекенштейна ограничивает количество информации, которое может храниться в объёме сферы, энтропией чёрной дыры той же площади;
* Температура реликтового излучения Т (около 3 кельвинов) устанавливает нижний предел энергии, потребляемой для выполнения вычислений при одном переключении логического элемента, примерно в 4kT, где k — постоянная Больцмана. Если устройство при эксплуатации будет охлаждено ниже этой температуры, то энергия, расходуемая на охлаждение, будет превосходить эффект, получаемый от более низкой рабочей температуры;
* Предел Бремерманна — максимальная скорость вычислений автономной вычислительной системы в материальной вселенной, выводится из эйнштейновской эквивалентности массы-энергии и соотношений неопределённости Гейзенберга и составляет c2/h ≈ 1,36 × 1050 бит в секунду на килограмм;
* Теорема Марголуса — Левитина устанавливает ограничение на максимальную скорость вычислений на единицу энергии: 4/h = 6 × 1033 операций в секунду на джоуль;
* Принцип Ландауэра устанавливает нижнюю границу потребления энергии для вычислений: ;
* Теория хаоса определяет, что в любой вычислительной системе предел несоответствия не должен превышать статический уровень. Предложен ряд методов для производства вычислительных устройств и устройств хранения данных, которые по своим возможностям приближаются к фундаментальным физическим и техническим пределам:
* Гипотетически можно было бы использовать холодную компактную звезду в качестве хранилища данных, приводя её в возбужденные состояния, подобно атому или квантовой яме. Но поскольку никакие природные вырожденные звезды не охладятся до нужной температуры в течение длительного времени, такую звезду пришлось бы создавать искусственно. Кроме того, есть вероятность, что на поверхности нейтронных звезд нуклоны могут образовывать комплекс «молекул», которые могут быть использованы для создания компьютрониума на основе фемтотехнологии, который был бы более быстрым и более плотным, чем компьютрониум, созданный на основе нанотехнологий.
* В качестве хранилища данных и/или вычислительного устройства можно также использовать чёрную дыру, если будет разработана технология извлечения содержащейся в ней информации. Извлечение информации из чёрной дыры в принципе возможно (в частности, такое решение предложил Стивен Хокинг при разрешении информационного парадокса). Это позволит достичь плотности хранения информации, точно соответствующей пределу Бекенштейна. По расчётам профессора Массачусетского технологического института Сета Ллойда такой «предельный ноутбук», образованный путём сжатия 1 килограмма вещества в чёрную дыру радиуса 1,485 × 10−27 метров, просуществует только 10−19 секунд, после чего «испарится» в силу излучения Хокинга, но в течение этого сверхкороткого времени сможет вести вычисления со скоростью приблизительно 5 × 1050 операций в секунду, и, в конечном счете, выполнит около 1032 операций с 1016 бит (≈ 1 петабайт) информации. Ллойд отмечает, что «хотя этот гипотетический расчет выполняется на сверхвысоких плотностях и скоростях, общий объём данных, доступных для обработки, близок к тому, который обрабатывается на привычных нам компьютерах».
xsd:nonNegativeInteger
10668