روشي نوين براي خنک کردن کامپيوتر

[!MAHSA!]

امروزه براي خنک کردن پردازشگر ابر رايانه ها، از فن و مايعات خنک کننده استفاده مي شود. اما شايد روزي فرا برسد که تنها با پاک کردن بخشي از حافظه رايانه، بتوان آن را خنک کرد.
شايد باورنکردني به نظر برسد، اما تصور کنيد که يک ابررايانه را بدون استفاده از فن و مايعات خنککننده، تنها با پاک کردن بخشي از حافظه آن خنک کنيد. محاسبات جديد نشان ميدهد که چنين کاري امکانپذير است، مشروط به آنکه بعضي از بيتهاي تشکيل دهنده حافظه رايانه در حالت درهمتنيدگي قرار داشته باشند. درهمتنيدگي خصوصيتي شبحوار است که دو سيستم کوانتومي را، بدون توجه به اينکه در عالم فيزيکي آنها در چه فاصلهاي از يکديگر قرار دارند، به يکديگر متصل ميکند.

به گزارش نيوساينتيست، ايده خنک کردن از طريق پاکسازي، ظاهرا با يک اصل فيزيکي که در سال 1961 / 0 از سوي رولف لانداور ارائه شد، در تضاد است. اين فيزيکدان نشان داد که پاک کردن اطلاعات، متناظر با کاهش آنتروپي يا بينظمي است. از آنجاييکه طبق قوانين فيزيک آنتروپي کل همواره بايد افزايش يابد، حذف بيتها بايد با افزايشي در آنتروپي محيط اطراف همراه باشد، موضوعي که خودش را به صورت گرما نشان ميدهد.
گرماي توليد شده توسط رايانههاي امروزي، عمدتا ناشي از ناکارآمدي فرايند پردازش است. از آنجاييکه اين ناکارآمدي روز به روز در حال کاهش است، لانداور يک حد بنيادي را تعيين کرد که مشخص ميکرد تا چه حد ميتوان گرماي توليد شده به واسطه انجام محاسبات را کاهش داد. اما اکنون ليديا دلريو از انستيتو فناوري سوئيس و همکارانش نشان دادهاند که چطور با استفاده از درهمتنيدگي کوانتومي، ميتوان راهي را براي دور زدن قانون لانداور فراهم کرد.

شيب منفي انرژي



براي درک نحوه عملکرد اين روش، دو نفر را در نظر بگيريد که هر کدام تلاش ميکند تا يک رشته از بيتهاي حافظه رايانه را پاک کند. با توجه به سيستم دودويي رايانهها، هر کدام از بيتها ميتواند مقدار صفر يا يک را اختيار کند. حال فرض کنيد که يکي از اين دو نفر هيچ اطلاعي درباره محتواي بيتها ندارد، در نتيجه براي اطمينان از پاک شدن بيتهاي حافظه وي مجبور است که صرفنظر از محتواي اوليه بيتها، همه آنها را به مقدار صفر بازگرداند. در مقابل، نفر دوم از محتواي بيتهاي اين رشته با است، در نتيجه تنها لازم است که بيتهايي را که مقدار يک دارند، از نو مقداردهي کند.
در چنين وضعيتي نفر اول براي پاک کردن اين رشته بايد کار بيشتري در مقايسه با نفر دوم انجام دهد. در نتيجه گفته ميشود که آنتروپي مشروط (Conditional Entropy) حافظه براي شخص اول کمتر از شخص دوم است


اکنون تصور کنيد که بيتهاي حافظهاي که بايد پاک شوند حالت درهمتنيدگي داشته باشند. در چنين سيستمي، مشاهده يا تعيين وضعيت يک بخش، بيدرنگ وضعيت بخش ديگر را تثبيت ميکند. بنابراين ناظري که به به اجسام درهمتنيده دسترسي دارد، چيزهاي بيشتري را در مورد حافظه ميداند که در غير اين حالت امکانپذير نيست. در نتيجه هنگاميکه حافظه پاک ميشود، آنتروپي مشروط سيستم پايين ميآيد و منفي ميشود.

مرز دنياي فيزيکي



دلريو و همکارانش به صورت رياضي نشان دادند که اين آنتروپي مشروط منفي، معادل خارج کردن گرما از محيط اطراف يا همان خنک کردن است. اين محققان آيندهاي را مجسم ميکنند که رايانههاي آن داراي سيستمهاي درهمتنيده ي از اين نوع هستند. پاک کردن بخشي از حافظه رايانه، منجر به خنک شدن پردازشگر آن ميشود. ولاتکو ودرال از دانشگاه آکسفورد و از اعضاي گروه ميگويد: «اگر شما به اين سطح درهم تنيدگي عملکرد برسيد، آنگاه در مرز آن چيزي قرار ميگيريد که فيزيک امکان آن را به شما ميدهد.»
اين مساله همچنين با قوانين ترموديناميک تضادي ندارد: آنتروپي کل در مجموع افزايش مييابد، زيرا براي خلق سيستم درهمتنيده در ابتدا بايد انرژي صرف کنيد


در حال حاضر کار کردن با وضعيتهاي درهمتنيده چندان آسان نيست. چنين سيستمهايي به حجم عظيمي از خنکسازي نياز دارند و شديدا شکننده و ناپايدار هستند. با اين وجود، رابرت پريودل از دانشگاه واترلو کانادا که مشارکتي در اين تحقيق نداشته است، تحت تاثير اين ايده قرار گرفته است. وي ميگويد: «اين مساله اثبات ميکند که خصوصيات عجيب و غريب دنياي کوانتوم، تنها به عنوان يک منبع اطلاعاتي مفيد نيستند؛ بلکه ميتوانند واقعا در عمل براي خلق چيزهاي واقعي استفاده شوند.»