Quanta potenza computazionale si inserisce in un centimetro cubo?


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Questa domanda è un seguito alla domanda sugli algoritmi del DNA posta da Aadita Mehra .

Nei commenti lì, Joe Fitzsimmons ha detto, in parte:

Il raggio del sistema deve ridimensionarsi proporzionalmente alla massa per evitarlo. La potenza computazionale si ridimensiona al massimo linearmente nella massa. Quindi la tua quantità esponenziale di macchinari ha un raggio esponenziale. Poiché non è possibile segnalare più velocemente della luce, un segnale da una parte all'altra impiega un tempo esponenzialmente lungo per raggiungere l'altra parte, e quindi se tutti i macchinari contribuiscono alla risposta, è impossibile risolvere il problema in modo non esponenziale tempo.

La mia domanda ha due parti.

(1) Qual è il modo / i modi migliori per formalizzare un'affermazione come "La potenza computazionale si ridimensiona al massimo linearmente nella massa"? Questa affermazione non è davvero in discussione?

(2) Supponiamo che l'affermazione sia vera. Anche così, la natura avrebbe già potuto fare una quantità esponenziale di preelaborazione che potremmo essere in grado di utilizzare, ad esempio la creazione di sistemi di visione dell'evoluzione attraverso la "randomizzazione della forza bruta".

Ho ascoltato e letto un discreto numero di risposte morbide (pseudoscientifiche) a domande di questo tipo, e sarei grato per qualsiasi risposta qui, ma sono molto interessato a come (1) e (2) possano essere rifusi nel rigore del TCS.


2
Una domanda eventualmente correlata da Lance Fortnow: qual è il volume di informazioni?
Kaveh,

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Seth Lloyd definisce la massima potenza computazionale come il numero massimo di operazioni di base della logica quantistica al secondo che le leggi della termodinamica consentono a un computer di un determinato peso e volume. Oltre ai lavori di Joe, ecco un famoso account scientifico puhep1.princeton.edu/~mcdonald/examples/QM/…
Yaroslav Bulatov

Risposte:


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La dichiarazione che ho fatto non era particolarmente ben scritta. Mi riferivo a una combinazione del teorema Margolus-Levitin (che fornisce il tempo minimo per spostarsi tra due stati ortogonali, e quindi un limite inferiore al tempo necessario per eseguire un gate) e il raggio di Schwarzschild (che fornisce il raggio minimo di un sistema di energia fissa prima che formi un buco nero). La combinazione di questi due porta ad un limite superiore sul numero di porte che possono essere eseguite in una regione fissa dello spaziotempo. Puoi pensare a questo come al numero massimo di porte per unità di tempo che può essere eseguito.

10511031


Solo un avvertimento: queste porte sono in generale porte quantistiche, quindi questo limite superiore è un limite superiore per i circuiti quantistici, che potrebbe non essere simulabile con un circuito classico di dimensioni simili.
Joe Fitzsimons,
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