但計(jì)算機(jī)處理器不同，它的功能不是點(diǎn)亮、加熱某物或四處移動(dòng)。當(dāng)我們要求它計(jì)算123乘以456時(shí)，我們并不期望得到任何有用的能量。我們想要的只是讓它操縱信息，翻轉(zhuǎn)一組0和1并給我們答案。那么這是否意味著處理器使用的能量都是耗散的能量呢？如果我們有一個(gè)能消除這些能量損失的辦法，那么計(jì)算機(jī)處理器可以完全不用能量運(yùn)行嗎？

事實(shí)證明，答案是否定的，因?yàn)樾畔⒈旧硪灿衅渥陨淼哪茉闯杀荆@個(gè)成本是由一個(gè)稱為蘭道爾極限的原則設(shè)定的。該原則規(guī)定翻轉(zhuǎn)一位信息所需的最小能量等于0.96×10^-23T焦耳，其中T是溫度。在本文，我們將看到這個(gè)限制從何而來。

邏輯門

邏輯門有多種不同的類型，用于不同的目的，每種都有不同的輸入輸出模式。我們可以將不同類型的邏輯門連接在一起，將輸出連接到另一個(gè)門的輸入，然后再連接到另一個(gè)。如此往復(fù)循環(huán)，我們就有一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)越大，它可以回答的問題就越復(fù)雜。將它構(gòu)建得足夠多，最終我們就可以問：什么是10 億以下的最大素?cái)?shù)，甚至什么是煮飯的最佳方法？

這就是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)所擁有的東西：一個(gè)由數(shù)億個(gè)邏輯門組成的網(wǎng)絡(luò)，所有這些都協(xié)同工作以處理它給出的復(fù)雜信息。

熵增原理

有四種可能的輸入狀態(tài)將其放入公式中，我們得到的熵為k_Bln4；執(zhí)行操作后有兩種可能的狀態(tài)，這給出了k_Bln2的熵。在運(yùn)算之后，門的熵實(shí)際上下降了，為了不違反熱力學(xué)第二定律，它必須以某種方式產(chǎn)生熵的補(bǔ)償增加，以便總熵不會(huì)減少。(www.ws46.Com)

蘭道爾極限

值得注意的是，我們不必知道邏輯門的實(shí)際工作原理，它是否使用晶體管或光子并不重要。我們所知道的是，如果輸出狀態(tài)少于輸入狀態(tài)，則物理定律保證它必須消耗一定的能量。這就是為什么有時(shí)會(huì)說蘭道爾極限給出了信息本身的能量值。