«Закон существования Бога» для квантовых компьютеров

Только что опубликована новая прорывная работа проф. Дэвида Волперта «Work, Entropy Production, and Thermodynamics of Information under Protocol Constraints» .

Год назад Волперт доказал 2-й закон термодинамики взаимодействующих систем. Из него следовало, что классический 2-й закон термодинамики, для многих являющийся чем-то типа «закона существования Бога», оказался частным случаем более сложного закона природы — подробней см. мой пост.

Новая работа Волперта и его соавтора Кольчинского еще более усиливает 2-й закон термодинамики, доказывая, что этот «закон существования Бога» распространяется и на квантовые компьютеры.

Авторы работы обнаружили фундаментальную взаимосвязь между термодинамической необратимостью увеличения энтропии и логической необратимостью вычислений, при которых теряется исходное состояние.

Дело в том, что любые вычислительные системы в процессе вычислений теряют информацию о своем прошлом. Если человек вводит в калькулятор «2 + 2», а затем нажимает «ввод», компьютер выводит ответ — 4. Но при этом машина теряет информацию о вводе, поскольку не только 2 + 2, но и 3 + 1. (и другие пары чисел) могут дать такой же результат. На основании одного только ответа машина не может сообщить, какая пара чисел была введена.

В 1961 году физик IBM Рольф Ландауэр обнаружил, что при стирании информации, например, во время таких вычислений, энтропия калькулятора уменьшается (из-за потери информации), что означает — энтропия окружающей среды должна увеличиваться.

Вольперт и Колчинский продемонстрировали, что два компьютера могут выполнять одни и те же вычисления, но различаться производством энтропии из-за их ожиданий в отношении входных данных. Исследователи называют это «ценой несоответствия» или «ценой ошибки».

В своих прошлых работах Вольперт и Колчинский доказали, что «цена несоответствия» является общим явлением, которое можно исследовать в различных системах, не только в теории информации, но также в физике и биологии.

В своей последней работу исследователи показывают, что это фундаментальное соотношение распространяется даже в более широком смысле, чем они думали раньше, и в том числе, на термодинамику квантовых компьютеров.

Из новой работы следует, что между физикой и теорией информации существует глубокая взаимосвязь, для описания которой еще только предстоит открыть «новую физику».

Три года назад, в посте об открытии проф. Волперта, озаглавленном «Представления о мире скоро кардинально изменятся», я написал:

«Шквал прорывов в «термодинамике вычислений» несет новое видение законов возникновения и эволюции жизни в мире, который все же оказывается компьютером».

Спустя 3 года это предположение еще более укрепляется.

Не менее интригующим следствием новой работы является то, что единственный способ добиться минимальных потерь энергии Ландауэра — разработка компьютера с учетом конкретной задачи, которую он должен решать.

Если это так, то век универсальных компьютеров подходит к концу.

Первые отзывы читателей показали, что тема термодинамики вычислений сложна для понимания. И это правда.

Желающим все же разобраться рекомендую часовую лекцию на эту тему, прочитанную Волпертом пару недель назад:

________________________

Ваши шансы увидеть мои новые посты быстро уменьшатся до нуля, если вы не лайкаете, не комментируете и не делитесь в соцсетях.