CPU運轉耗能會那麼高,發熱量大,有很多原因,比如因為電阻產生的焦耳熱、電流透過電晶體產生的熱量等。
但還有一個更主要原因在於,經典的電晶體計算機,其CPU執行的邏輯運算是不可逆的。
舉個例子,與閘電路,進行的邏輯運算是:
輸入0和1時,輸出0。
輸入0和0時,輸出0。
輸入1和1時,輸出1。
可以看出,在與門裡,每輸入兩個資訊,只會輸出1個資訊。
就像剛才程理看到,1個陰靈子和1個陽靈子同時進入艮門,結果只有1個陰靈子從艮門中出來。
那麼問題來了,另外那個陽靈子,去哪了?
在地球上,邏輯電路在運算的時候,像與門、或門這樣的基礎閘電路,都是輸入多個資訊,而只輸出1個資訊。
在這個過程中,另外那個資訊,就會被擦除。
根據熱力學定律,資訊也是一種熵,想要擦除資訊,是需要耗能的。
所以,邏輯電路在執行邏輯運算的時候,資訊的消失,會伴隨著能耗的增加。
這種資訊能的功耗單個影響,可以忽略不計,但在超大規模積體電路上,當一個指甲大的矽片上,整合了幾十億電晶體的時候,這種額外能耗產生的熱量,就會讓晶片出現區域性融化。
這也是制約地球上計算機發展的一個巨大瓶頸。
“我在穿越之前,地球上已經在開始研究量子計算機了。量子計算機的最大特點就在於其計算是可逆的。”程理思索道。
電晶體的邏輯運算資訊丟失導致能耗增加,就是在於,其計算是不可逆的。
與閘電路,有3種情況,輸出資訊為0。
你沒辦法讓電路逆著流回去,還原成執行邏輯運算之前的狀況。
而量子計算機則不同,量子計算機原理是利用量子糾纏效應,使得量子計算機的每一步操作是可逆的。
由於在整個操作過程中,資訊都沒有丟失,所以能耗極低。
“但這個太極氣旋里,看上去用到的也不是量子原理,使用的也是傳統的邏輯閘電路。那它這個八卦門構件,是怎麼實現可逆計算的呢?”
程理心中有了幾個猜想。