Всеки атом на Вселената, а не само различните макроскопски обекти с възможност за съхраняване на информация. Взаимодействие действа атоми може да бъде описан като елементарни логически операции, които променят техните стойности квантовата бита - елементарната единица на квантовата информация. Парадоксално е, че Сет Лойд обещаващ подход позволява елегантно решаване на проблема с нарастващата сложност на Вселената: дори случайни и много кратко програмата по време на неговото изпълнение на компютъра може да даде много интересни резултати. Вселената е постоянно обработка на информацията - като квантов компютър на огромни размери, тя винаги оценява собственото си бъдеще. И дори такива основни събития, като раждането на живот, полово размножаване, появата на разума, може и трябва да се разглеждат като поредна революция в обработката на информацията.
Книга: Програмиране на Вселената. А квантов компютър, и бъдещето на науката
изчислителна мощност на Вселената
изчислителна мощност на Вселената
Сега, когато знаем колко изчисления могат да изпълняват част от материала лежи на коленете си, нека се обърнем към по-мощен компютър - като този, описан от Айзък Азимов в "последен въпрос" към компютър с размерите на пространството. Да предположим, че цялата материя и цялата енергия в пространството разположен на компютърни услуги. Как мощен е този компютър? Мощност космологична компютър, състоящ се от всичко, което е във вселената, то може да се определи като се използва същата формула, която ни помогна да изследва абсолютната власт на бележника.
На първо място, енергията ограничава скоростта на работа. Количеството енергия във Вселената ни известни с доста висока степен на точност. Голяма част от него е "заключен" в масата на атома. Ако броим всички атоми във всички на звездите и галактиките, добавяйки вещество междузвездните облаци, ние откриваме, че общата средна плътност на Вселената е около един водороден атом на кубичен метър.
През вселената има и други форми на енергия. Например, светлината съдържа енергия (въпреки че много по-малко, отколкото се съдържа в атоми). Скоростта на въртене на далечни галактики сочат към съществуването на други, невидими източници на енергия. Формите, които предприемат, за които не знаем; сред възможните кандидати за ролята на "скритата маса" - предмети с такива чудновати имена като "скучен", "пияница" и "мачо" [34]. Освен това, анормален ускорение разширяване свят предполага наличието на друга форма на енергия, която сега се нарича квинтесенция [35]. Оказва се, че общата сума на енергия на тези екзотични форми на не повече от един порядък по-голяма от сумата на енергия в обикновената материя, която можем да видим, и това не е от значение, за да се изчисли общият брой на изчисления, които могат да се извършват вселена.
Преди да се пристъпи към оценка на изчислителна мощност на вселената, да се определи това, което се измерва. Тези текущи наблюдения показват, че Вселената е безкрайна в пространството, тя се разпростира във всички посоки, без никакви граници. През вселената пространствено безкрайно количество енергия също е безкрайно; Следователно, броят на операциите и броя на битовете в вселената е безкрайна.
Но наблюденията показват също така, че Вселената е ограничен: той е малко по-малко от 14 милиарда години. Информацията не може да се движи по-бързо от скоростта на светлината. Вселената е крайната скорост на светлината е ограничен, така че част от вселената, от които можем да се получи информация, също е ограничен. Говори се, че тази част от Вселената, от които можем да получим информация, която е "в рамките на хоризонта." За какво се случва зад хоризонта, можем само да гадаем. Номерата, които се намират сега представлява броят на изчисления, които могат да възникнат в рамките на видимата вселена, до хоризонта. Обработка на информация, появил се на хоризонта, не може да повлияе на резултата от всяко изчисление е направено във видимата част на Вселената, тъй като Големия взрив. Така че, когато се измери "процесорна мощ на Вселената", ние всъщност се измери "за обработка на видимата вселена."
С течение на времето се разширява хоризонта, и три пъти по-бързо от скоростта на светлината. Когато гледаме през телескоп, погледнем назад във времето, както и най-далечните обекти можем да видим, има пред нас, тъй като те са били преди 14 милиарда години. Въпреки това, по време на нашите наблюдения, в резултат на разширяване на Вселената, тези обекти се преместват още по-далеч, а сега те са в 42-те милиарда светлинни години от нас. С разрастването на хоризонта пред очите ни, има все повече и повече обекти, както и количеството енергия, достъпни за изчисленията в разширяващите хоризонт се увеличава. Броят на изчисления, които могат да бъдат направени в рамките на хоризонта началото на разширяване, се повишава с времето.
Horizon е отделен от нас, като 42 милиарда светлинни години. Всеки кубичен метър видим свят съдържа средно тегло от около един водороден атом. Енергията на всеки водороден атом на E = MC?. Обобщавайки цялата енергия във Вселената, ние виждаме, че тя съдържа около 100 милиона милиарда милиарда милиарда милиарда милиарда милиарда милиарда (1071) джаула енергия. Почти цялата тази енергия - на разположение за извършване на работа или изчисления безплатна енергия. Това е много калории! За да имате толкова много, което трябва да бъде размерът на самата вселена.
Сега ние се изчисли максималната скорост, с която Вселената може да обработва информация. Подходящи за тази теорема Margolyusa - Левитин: вземе количеството енергия, в рамките на хоризонта, тя се умножава по 4 и разделена на постоянна Планк. Оказва се, че всеки втори компютър, включващ цялата вселена на енергия може да носи около 100 000 Gugolev (10105) операции [36]. Е, за 14 милиарда години Вселената, че космологичната компютъра може да изпълнява около 10 000 милиарда милиарда гугъл (10122) сделки.
За сравнение, помислете за броя на операциите, които са извършени на всички компютри в света, тъй като тяхното изобретение. В съответствие със Закона половината от тези изчисления на Мур са били направени през последната година и половина. (Винаги, когато имате един процес, който капацитет се удвоява всяка година и половина, като половината от тази сила е възникнало през последната година и половина.) На Земята почти един милиард компютри. тактова честота на компютъра - средно около гигахерца. По време на всеки цикъл на нормален компютър разполага с няколко по-малко от 1000 елементарни операции. Година се състои от около 32 милиона секунда. Така, през последната година и половина, всички компютри в света са изпълнени от порядъка на 10 милиарда милиарда милиарда (1028), операции. Но за цялата история на компютри в света компютри извършва само два пъти повече операции.
Колко бита на наличната памет космологична компютър? Отново, за да се определи наличната памет, е необходимо да се разчита на броя на битовете, съхранявани от всеки атом и всеки фотон. Както и изчисляване на абсолютната сума на лаптоп памет, броят на битовете, може да се брои с помощта на предложените от Макс Планк преди един век методи. В резултат на това ние виждаме, че космологичната компютъра може да съхранява 100 милиарда милиарда милиарда милиарда милиарда милиарда милиарда милиарда милиарда милиарда (1092) битове информация - много повече, отколкото цялата информация, отпечатана на всички компютри в света. На Земята почти един милиард компютри, всеки със средно почти един трилион (1012) бита на паметта. Всички заедно, те съдържат по-малко от 1000 милиарда милиарда (1021) бита.
Космологичен компютър може да изпълнява операции 10122 1092 бита. Това са големи числа, но няма нищо по-нататък. Когато за първи път, изчислен броят на операциите в компютър с размерите на Вселената, първата ми реакция беше разочарование: "И все пак"
Да, това е всичко. Не компютър може да изчисли повече, отколкото през цялата история на Вселената. Но това е достатъчно. Квантовите компютри могат да симулират физическите системи. Следователно, квантов компютър, способен да извършват транспортна дейност 10122 1092 бита, достатъчно мощност, за да се изчисли всичко, което можем да наблюдаваме във Вселената в рамките на хоризонта. (Ако вземем под внимание не само на бита, които могат да се съхраняват в елементарните частици, но битове, които могат да се съхраняват в резултат на квантовата гравитация, която скоро ще говорим, бит може да бъде по - около 10122.) Това е броят на операциите и бита може да се тълкува в три начина:
1. Те дават горната граница на размера на изчисления, които могат да се извършват в цялата материя на Вселената за всички времена на неговото съществуване. Както казахме, основните закони на физиката да налагат ограничения на скоростта на изчисленията и броят на наличните бита. скорост Computing е ограничено от количеството на наличната енергия и броя на битовете е ограничено от тази енергия и размера на системата, извършване на изчисления. Размери на Вселената и количеството енергия, в него са известни с относително висока степен на точност. Не компютър, на който се подчинява на законите на физиката не може да изпълнява повече изчисления.
2. Те дават по-нисък лимит за броя на операциите и бита, необходими за симулацията на вселената с помощта на квантов компютър. Вече видяхме, че квантовите компютри са особено полезни за симулиране на други квантови системи. За да изпълните симулация на квантов компютър се нуждае от най-малко същия брой битове, колко от тях са в системата, той ще се моделира. В допълнение, за да се симулира всеки елементарен събитие, възникнало в симулираната система, например, всеки от движението на електрона от тук до там, на квантов компютър се нуждае от най-малко една операция. В квантов компютър, кои модели на Вселената като цяло, трябва да има най-малко един и същ брой битове, както във вселената, и тя трябва да изпълни най-малко, тъй като много операции като елементарни събития (или операции) се случиха оттогава, как Вселената.
3. Третият тълкуване е по-спорен. Ако ние вярваме, че Вселената извършва изчисленията, от началото на неговото съществуване може да има извършени операции 10122 1092 бита. На въпроса дали такава цел се приема, до известна степен, е въпрос на вкус. Да се каже, че Вселената е извършил 10,122 операции, е необходимо да се определи операцията от гледна точка на фундаменталните физични процеси на. В работата на компютъра се появява, когато промяна на стойността на бита. (В някои логически операции като "и" работа, промени на компютъра или да го спаси, в зависимост от състоянието на няколко други бита.) Ние казваме, че физическата система изпълнява всеки път, когато тя поставя достатъчно енергия, за достатъчно дълго време, за да инвертни бита. С такива прости физически операции, определяне на броя на операциите, извършвани от всяко физическо система, включително на Вселената, може да се изчисли с помощта на теоремата Margolyusa - Левитин.
С течение на времето се разширява хоризонта, и количеството енергия, достъпна за запис на информационни бита и извършване на изчисления се увеличава. Общият брой на операциите и услугите, както и броя на битовете, расте в зависимост от възрастта на Вселената. В стандартния космологичен модел, общата сума на енергия в рамките на хоризонта се увеличава правопропорционално на възрастта на Вселената. Тъй като скоростта на обработка на наличната енергия е пропорционална на броя на операции в секунда, които могат да изпълняват вселената в рамките на хоризонта, също се увеличава пропорционално на неговата възраст. Общият брой на операциите, които се извършват вселена от началото на съществуването си, пропорционално на броя на операции в секунда, в зависимост от възрастта на Вселената; Следователно, общият брой на операциите се извършва вселена с Големия взрив, пропорционална на квадрата от времето.
По същия начин, традиционен космология предполагат, че броят на битовете в рамките на хоризонта с нарастване на възрастта на Вселената, степенуване 3/4. Вселената на капацитета за обработка на информация в крайна сметка нараства постоянно. Бъдещето изглежда страхотно.
Свързани статии