Квантовые ворота Фредкина на самом деле не сильно отличаются от классических ворот Фредкина. Что делает его «квантовым», так это его способность выполнять операцию Фредкина, сохраняя при этом суперпозицию состояний.
Строительными битами квантового компьютера являются кубиты, отдельные единицы, аналогичные классическим битам. Однако, как это уже довольно хорошо известно, кубиты могут находиться в состояниях не просто 0 или 1, а их произвольных суперпозициях.
Однако, игнорируя суперпозиции, если мы используем наши кубиты как двоичные биты и устанавливаем для них либо 0, либо 1, то квантовый вентиль Фредкина точно такой же, как классический! Это интересная особенность квантовых вычислений; он по определению включает понятие обратимых классических вычислений. Итак, квантовый вентиль Фредкина абсолютно применим в обычных классических вычислениях.
Однако в этом утверждении не совсем ясно, почему вы сравниваете квантовый вентиль Фредкина с классическими аналоговыми вычислениями. Вентиль Фредкина можно использовать для обратимой работы с аналоговыми состояниями, но эта операция также обычно обсуждается в контексте цифровых вычислений. Обратимые вычисления не обязательно являются аналоговыми операциями, поэтому кажется, что здесь произошла путаница.
Наконец, я думаю, что самая большая оговорка в этой дискуссии - это то, что вы слегка опускаете: понятие идеальных ворот Фредкина. В реальном мире никакие ворота Фредкина не будут иметь нулевых затрат энергии. Обратимые вычисления позволяют избежать затрат энергии Ландауэра, связанных со стиранием информации, как вы правильно указываете, но затвор Фредкина в кремнии не устраняет другие значительные затраты энергии, связанные с удельным сопротивлением, удерживая транзисторы в состояниях 0 или 1, управляя схемой. и т. д. Эта статья от American Scientist хорошо описывает разницу между внутренними затратами на выполнение вычислений и затратами Ландауэра.
Вы абсолютно правы, когда говорите, что конец закона Мура может привести к огромным, радикальным переосмыслениям того, как мы проводим вычисления. Это могло бы привести к появлению новых технологий, которые потребляют значительно меньше энергии, чем современные методы. Например, многие ожидают, что квантовые компьютеры будут иметь значительно более низкие затраты энергии, чем классические, и, как я уже сказал, квантовый компьютер является естественным устройством для реализации обратимых классических вычислений. Но ни один из них не будет по сути своей с нулевой энергией.
Фактически, исследования« вычислений с нулевым энергопотреблением » основаны не только на обратимых операциях, но и на внедрении таких концепций, как сбор энергии, чтобы попытаться окупить некоторые из этих внутренних затрат.
Вероятно, самое близкое, что я могу представить к вычислениям с нулевой энергией, - это физические системы, которые выполняют вычисления просто естественным образом эволюционируя во времени. После правильной настройки эти системы можно оставить работать, и их состояние равновесия закодирует ответ на вычисления. В качестве очень интересного примера см. MONIAC, компьютер для экономического моделирования, использующий тот факт, что экономические модели подчиняются уравнениям, аналогичным уравнениям гидродинамики.
Однако у подобных тренажеров есть оговорка, что они обычно ограничиваются решением очень специфических задач. Стоимость энергии здесь идет на настройку системы и управление взаимодействиями, чтобы они реализовали нужные нам вычисления.
При размышлениях о термодинамике физики любят использовать хорошую стенографию: Бесплатных обедов нет, и это важно здесь иметь в виду. Еще один ответчик также правильно поднял теорему Марголуса-Леветина, которая прекрасно иллюстрирует понятие внутренних затрат энергии на вычисления.
