Алгоритмическое охлаждение: различия между версиями
Перейти к навигации
Перейти к поиску
Irina (обсуждение | вклад) |
Irina (обсуждение | вклад) |
||
| Строка 72: | Строка 72: | ||
'''Алгоритмическое охлаждение теплового резервуара''' | '''Алгоритмическое охлаждение теплового резервуара''' | ||
Следующее значительное событие произошло, когда Бойкин, Мор, Ройчоудхури, Ватан и Вриен изобрели новую технику спинового охлаждения, которую они назвали ''алгоритмическим охлаждением'' [2] или, более конкретно, алгоритмическим охлаждением в тепловом резервуаре, в ходе которого использование контролируемых взаимодействий с тепловым резервуаром значительно усиливает технику охлаждения. Алгоритмическое охлаждение (AC) расширяет эффективные методы охлаждения за счет манипуляций с энтропией в ''открытых системах''. Оно сочетает шаги этапы обратимого поляризационного сжатия ''//в случае, когда весь процесс представляет собой обратимое поляризационное сжатие, то есть речь идет о любом из процессов, реализующих идеи Шульмана и Вазирани, его можно называть обратимым алгоритмическим охлаждением или алгоритмическим охлаждением с закрытой системой//'' с быстрой релаксацией (а именно, термализацией) ''более горячих спинов'', что позволяет откачивать энтропию за пределы системы и охлаждать ее ''намного сильнее, чем позволяет энтропийный предел Шеннона''. Чтобы откачать энтропию из системы, алгоритмическое охлаждение использует обычные спины (далее называемые «вычислительными» спинами) вместе со спинами, подвергающимися быстрой релаксации. Последние представляют собой вспомогательные спины, которые очень быстро возвращаются в состояние теплового равновесия. Эти спины были названы «сбрасывающими спинами», или, что эквивалентно, сбрасывающими битами. Контролируемое взаимодействие с тепловым резервуаром происходит за счет переноса поляризации или стандартных алгоритмических приемов (сжатия данных), которые переносят энтропию на сбрасывающие спины, | Следующее значительное событие произошло, когда Бойкин, Мор, Ройчоудхури, Ватан и Вриен изобрели новую технику спинового охлаждения, которую они назвали ''алгоритмическим охлаждением'' [2] или, более конкретно, алгоритмическим охлаждением в тепловом резервуаре, в ходе которого использование контролируемых взаимодействий с тепловым резервуаром значительно усиливает технику охлаждения. Алгоритмическое охлаждение (AC) расширяет эффективные методы охлаждения за счет манипуляций с энтропией в ''открытых системах''. Оно сочетает шаги этапы обратимого поляризационного сжатия ''//в случае, когда весь процесс представляет собой обратимое поляризационное сжатие, то есть речь идет о любом из процессов, реализующих идеи Шульмана и Вазирани, его можно называть обратимым алгоритмическим охлаждением или алгоритмическим охлаждением с закрытой системой//'' с быстрой релаксацией (а именно, термализацией) ''более горячих спинов'', что позволяет откачивать энтропию за пределы системы и охлаждать ее ''намного сильнее, чем позволяет энтропийный предел Шеннона''. Чтобы откачать энтропию из системы, алгоритмическое охлаждение использует обычные спины (далее называемые «вычислительными» спинами) вместе со спинами, подвергающимися быстрой релаксации. Последние представляют собой вспомогательные спины, которые очень быстро возвращаются в состояние теплового равновесия. Эти спины были названы «сбрасывающими спинами», или, что эквивалентно, сбрасывающими битами. Контролируемое взаимодействие с тепловым резервуаром происходит за счет переноса поляризации или стандартных алгоритмических приемов (сжатия данных), которые переносят энтропию на сбрасывающие спины, а те впоследствии сбрасывают избыточную энтропию в окружающую среду. | ||
| Строка 80: | Строка 80: | ||
С чисто теоретико-информационной точки зрения правомерно предположить, что единственным ограничением на идеальные шаги обратимого поляризационного сжатия является энтропийный предел Шеннона; тогда эквивалентом энтропийного предела Шеннона при использовании алгоритмического охлаждения с идеальной открытой системой является то, что все вычислительные спины могут быть охлаждены до нулевой температуры, то есть до <math>\epsilon = 1</math>. | С чисто теоретико-информационной точки зрения правомерно предположить, что единственным ограничением на идеальные шаги обратимого поляризационного сжатия является энтропийный предел Шеннона; тогда эквивалентом энтропийного предела Шеннона при использовании алгоритмического охлаждения с идеальной открытой системой является то, что все вычислительные спины могут быть охлаждены до нулевой температуры, то есть до <math>\epsilon = 1</math>. | ||
Доказательство: повторяйте следующие действия, пока энтропия всех вычислительных спинов не станет равной нулю: (i) перегоните энтропию из вычислительных спинов на сбрасывающие спины; (ii) дайте сбрасывающим спинам остыть до комнатной температуры. Очевидно, что каждое применение шага (i), кроме последнего, переносит одно и то же количество энтропии на сбрасывающие спины, а затем на шаге (ii) эта энтропия удаляется из системы. Разумеется, реалистичный сценарий должен учитывать и другие параметры, такие как соотношения конечного времени релаксации, | Доказательство: повторяйте следующие действия, пока энтропия всех вычислительных спинов не станет равной нулю: (i) перегоните энтропию из вычислительных спинов на сбрасывающие спины; (ii) дайте сбрасывающим спинам остыть до комнатной температуры. Очевидно, что каждое применение шага (i), кроме последнего, переносит одно и то же количество энтропии на сбрасывающие спины, а затем на шаге (ii) эта энтропия удаляется из системы. Разумеется, реалистичный сценарий должен учитывать и другие параметры, такие как соотношения конечного времени релаксации, реалистичная среда и физические операции над спинами. Как только это будет сделано, охлаждение до нулевой температуры станет недостижимым. Если конечное время релаксации и реалистичная среда зависят от системы, то ограничение на использование физических операций является концептуальным. | ||
Поэтому Бойкин, Мор, Ройчоудхури, Ватан и Вриен разработали алгоритм, который следует некоторым физическим правилам, выполняется с помощью унитарных операций и шагов сброса – и при этом | Поэтому Бойкин, Мор, Ройчоудхури, Ватан и Вриен разработали алгоритм, который следует некоторым физическим правилам, выполняется с помощью унитарных операций и шагов сброса – и при этом успешно обходит энтропийный предел Шеннона. Упомянутый алгоритм охлаждения достигает значительного охлаждения сверх энтропийного предела за счет использования очень длинных молекул, несущих сотни или даже тысячи спинов, поскольку его анализ опирается на закон больших чисел. | ||