ランダウアーの限界
1ビットの情報を消去すると、kln2 (k:ボルツマン定数)だけ、エントロピーが増える。従って、最低でもkTln2 (T:絶対温度)だけの熱が発生する。(ロルフ・ランダウアー(1927-1999))
「情報を消去すると熱が発生する。 割り算の筆算の例でもそれはよく分かる。 鉛筆書きを消しゴムで すと、大量の摩擦、つまり熱が発生し、ひいてはエントロピーが増える。洗練されたマイクロチップでも、1や0を消去するときには熱が発生する。もしも、いっさい熱を発生させずに情報を処理 しきるコンピュータを設計できたとしたら? そのようなコンピュータは運転コストがゼロで、究極 のノートパソコンとなるのだ! そのような偉業を達成したメーカーは、コンピュータ産業をあっと いう間に牛耳ってしまうだろう。当然IBMも関心を示した。しかし残念ながら、そんな夢にラン ダウアーは冷や水を浴びせる。 コンピュータでの情報処理に論理的に不可逆な操作が関わっていると 。(先ほどの割り算の筆算のように)、 次の計算のためにシステムをリセットする際にどうしても熱が発 生してしまうと論じたのだ。 ランダウアーは、1ビットの情報を消去するのに必要なエントロピーの 最小量を算出し、その値はいまではランダウアーの限界と呼ばれている。ちなみに、室温で1ビット の情報を消去すると3×10 (-21)乗ジュールの熱が発生し、これは、やかんの水を沸騰させるのに必要な熱 エネルギーのおよそ一〇〇兆分の一のそのまた一兆分のに相当する。 わずかな熱だが、ある重要な 原理を物語っている。ランダウアーは、 論理演算と熱の発生との関係性を明らかにすることで、物理と情報との深い結びつきを発見したことになる。しかしその結びつきは、シラードの悪魔ような抽象的なものではなく、今日のコンピュータ業界でも理解できるようなきわめて具体的な金に関係 したものだったのだ。」
(ポール・デイヴィス(1946-),『機械の中の悪魔』(日本語書籍名『生物の中の悪魔』),第2章 悪魔の登場,p.60,SBクリエイティブ,2019,水谷淳)
 |
生物の中の悪魔 「情報」で生命の謎を解く [ ポール・デイヴィス ]
|
