Límites de cálculo

Hay una serie de limitaciones físicas y técnicas fundamentales sobre la cantidad de cómputo o almacenamiento de datos que se puede realizar utilizando una masa, volumen o energía determinados:

El límite de Bekenstein limita la cantidad de información que se puede almacenar en el volumen de una esfera a la entropía de un agujero negro de la misma área;
La temperatura T del CMB (alrededor de 3 kelvins ) pone un límite inferior a la energía consumida para realizar los cálculos en un interruptor del elemento lógico, aproximadamente 4 kT , donde k es la constante de Boltzmann . Si el dispositivo se enfría por debajo de esta temperatura durante el funcionamiento, la energía gastada en el enfriamiento superará el efecto obtenido a partir de una temperatura de funcionamiento más baja;
El límite de Bremermann es la velocidad informática máxima de un sistema informático autónomo en el universo material, derivada de la equivalencia masa-energía de Einstein y las relaciones de incertidumbre de Heisenberg y es c 2 / h ≈ 1,36 × 10 50 bits por segundo por kilogramo [1] [ 2] ;
El teorema de Margolus-Levitin establece un límite a la velocidad computacional máxima por unidad de energía: 6 × 10 33 operaciones por segundo por julio ;
El principio de Landauer establece el límite inferior de consumo de energía para los cálculos: ; $W=k_{\mathrm {B} }\,T\,\ln 2$
La teoría del caos especifica que en cualquier sistema informático, el límite de desajuste no debe exceder el nivel estático.

Se han propuesto varios métodos para la producción de dispositivos informáticos y de almacenamiento de datos que, en términos de sus capacidades, se acercan a los límites físicos y técnicos fundamentales:

Hipotéticamente, se podría usar una estrella fría y compacta como almacén de datos, llevándola a estados excitados, como un átomo o un pozo cuántico . Pero dado que ninguna estrella degenerada natural se enfriará a la temperatura adecuada durante mucho tiempo, tal estrella tendría que ser creada artificialmente. Además, existe la posibilidad de que en la superficie de las estrellas de neutrones, los nucleones puedan formar un complejo de "moléculas" [3] , que se pueden utilizar para crear un computronio [4] basado en la femtotecnología , que sería más rápido y más denso. que el Computronium creado a base de nanotecnología .
Un agujero negro también se puede utilizar como dispositivo de almacenamiento y/o computación de datos , si se desarrolla la tecnología para extraer la información contenida en él. En principio, es posible extraer información de un agujero negro (en particular, Stephen Hawking propuso tal solución al resolver la paradoja de la información ). Esto permitirá lograr una densidad de almacenamiento de información que se corresponda exactamente con el límite de Bekenstein. Según los cálculos del profesor del MIT Seth Lloyd, una "portátil definitiva" de este tipo, formada al comprimir 1 kilogramo de materia en un agujero negro con un radio de 1,485 × 10 −27 metros, durará solo 10 −19 segundos, después de lo cual se “evaporará” debido a la radiación de Hawking , pero durante este período de tiempo ultracorto podrá calcular a una velocidad de aproximadamente 5 × 10 50 operaciones por segundo y, finalmente, realizará unas 10 32 operaciones en 10 16 bits (≈ 1 petabyte ) de información. Lloyd señala que "aunque este cálculo hipotético se realiza a velocidades y densidades ultra altas, la cantidad total de datos disponibles para el procesamiento es similar a la que se procesa en las computadoras a las que estamos acostumbrados" [5] .

Véase también

Problema de transcomputación

Notas

↑ Bremermann, HJ (1962) Optimización a través de la evolución y la recombinación Archivado el 18 de diciembre de 2019 en Wayback Machine En: Self-Organizing Systems 1962, editado por MC Yovitts et al., Spartan Books, Washington, DC págs . 93-106.
↑ Bremermann, HJ (1965) Ruido cuántico e información . Archivado el 16 de enero de 2020 en Wayback Machine . 5º Simposio de Berkeley sobre Estadística Matemática y Probabilidad; Universidad de California Press, Berkeley, California.
↑ La vida en las estrellas de neutrones , The Internet Encyclopedia of Science , < http://www.daviddarling.info/encyclopedia/N/neutronstarlife.html > . Archivado desde el original el 11 de marzo de 2012.
↑ ¿Femtotech? Ingeniería y Cómputo a Escala (Sub)Nuclear . Consultado el 25 de octubre de 2004. Archivado desde el original el 25 de octubre de 2004. (indefinido)
↑ Lloyd, Seth. Últimos límites físicos de la computación (inglés) // Nature : journal. - 2000. - vol. 406 , núm. 6799 . - Pág. 1047-1054 . -doi : 10.1038/ 35023282 . -arXiv : quant - ph/9908043 . —PMID 10984064 . Archivado desde el original el 7 de agosto de 2008.