Próbáld ki a sütijeinket Mi, az Alza.hu Kft., azonosítószám: 27082440, sütiket használunk a weboldal működőképességének biztosításához, és a beleegyezéseddel weboldalunk tartalmának személyre szabásához is. Az "Értem" gombra kattintva elfogadod a sütik használatát és a weboldal viselkedésével kapcsolatos adatok átadását a célzott hirdetések megjelenítésére a közösségi hálózatokon és más weboldalakon található hirdetési felületeken.
Alzak icon

Kozmikus idő, mélyűr: hogyan fogunk ott számolni?

Cikk

Publikálva • Szerző: Michal Rybka

Hol vannak a technológiai fejlődésünk határai? A következő cikkben említett energiafelhasználási koncepciók sci-finek hangzanak, de a tudósok és mérnökök számára valós jövőbeli kihívásokat jelentenek. A fejlett civilizációk, energetikai megastruktúrák és extrém hatékony számítások víziói arra késztetnek, hogy elgondolkodjunk: milyen jövő vár a civilizációnkra, és meddig juthatunk el az innovációkkal, ha képesek leszünk átlépni az energia- és fizikai korlátokat. Olvasd el Michal Rybka Számítógépes termodinamika sorozatának záró részét, hogy lásd, milyen jövő várhat ránk.

Kozmikus idő

Kozmikus idő, mélyűr: hogyan fogunk ott számolni? – TARTALOM

  1. Még az első típusú civilizáció sem vagyunk
  2. Minél kisebb struktúrákat tudunk irányítani, annál fejlettebbek vagyunk
  3. Egyre kevesebb lesz az energia. Mi lesz aztán?
  4. Ezerszer hatékonyabb számítógépek

Még az első típusú civilizáció sem vagyunk

Az orosz asztrofizikus és rádiócsillagász, Nyikolaj Szemjonovics Kardasev már 1964-ben javasolta a civilizációk felosztását aszerint, hogy mekkora energiamennyiségekkel képesek hatékonyan dolgozni. A csillagászok már akkor kiszámolták, hogy a csillagközi utazás extrém mennyiségű energiát igényel, ha elfogadhatóan gyors akar lenni – ezért Kardasev három fokozatot írt le: az első típusú civilizációt, amely képes a saját bolygója teljes energiáját hasznosítani (beleértve a nap- és geotermikus energiát), a második típust, amely hasonlóan képes a saját Napja teljes energiáját kihasználni, és végül a harmadik típust, amely a saját galaxisának energiáját is ki tudja használni, beleértve a benne lévő fekete lyukak energiáját is.

Tényleg! Léteznek hipotetikus projektek fekete lyukas erőművekre is, amelyek azon alapulnak, hogy a fekete lyuk energiáját – pontosabban a forgási impulzusmomentumát – próbálják „kitermelni”. A vízionáriusok egészen őrült dolgokról spekulálnak, többek között az úgynevezett Dyson-szférákról: ez egyfajta „üvegház” a csillag körül, amelyet egy civilizáció azért építene, hogy a csillag ne a sötétbe sugározzon, hanem a teljes sugárzási teljesítményével a civilizációt lássa el energiával.

Minél kisebb struktúrákat tudunk irányítani, annál fejlettebbek vagyunk

Ahogy Kardasev és Dyson a nagy struktúrákra fókuszált, megjelent egy ellenkező gondolati irány is, amelyet John Barrow asztrofizikus vetett fel. Barrow hétfokozatú skálája a „befelé fejlődésre” koncentrál: feltételezi, hogy egy fejlett civilizáció egyre kisebb fizikai struktúrákat lesz képes kontrollálni, mígnem végül magának az anyagnak a szerkezetét is manipulálni tudja.

Ahogy nőnek a képességeink, idővel elérhetjük az anyag lehető legjobb elrendezését arra, hogy a lehető legkisebb térfogatban a lehető legtöbbet számoljon. Ezt az anyagelrendezést computroniumnak nevezik – egy hipotetikus anyagnak, amelyet Norman Margolus és Tommaso Toffoli (MIT, 1991) javasolt. Az elképzelésükben a computronium egy programozható anyag, amely rendkívül hatékonyan képes információt manipulálni – ideális közeg „határtalan virtuális világok” számára, ahol akár teljes civilizációkat is lehet szimulálni. (A svéd filozófus, Nick Bostrom által javasolt szimulációs hipotézis szerint lehet, hogy maga a teljes létezés is már szimulált.)

Egy olyan civilizáció, amely képes óriási és nagyon hatékony számítási struktúrák létrehozására, ténylegesen hatalmas gépeket építhet. Az egyik elképzelés a Jupiter brain: egy bolygóméretű számítógép koncepciója, amely a gömb alakja miatt minimalizálná az adatátviteli távolságokat a számítási elemei között.

Egyre kevesebb lesz az energia. Mi lesz aztán?

Még extrémebb, ugyanakkor hatékonyabb ötlet az úgynevezett matrjoska-agy (matrioshka brain), amelyet Robert Bradbury vetett fel 1987-ben. Ez egy egész sor, számítógépként működő Dyson-szférát feltételez, amelyeket a központi csillag energiája hajt. Az első réteg a csillag sugárzását használja, a fölös energiát hőként kisugározza a következő réteg felé, amely újabb energiát nyer ki belőle, majd ismét továbbadja a maradékot – egészen addig, amíg szinte az összes elérhető energiát „munkára” nem fogja. Lényegében a teljes rendelkezésre álló energia majdnem teljes „kitermelése” egy óriási szuperszámítógép hatékony működtetéséhez.

A vízionáriusok ötletei itt sem állnak meg: azzal is foglalkoznak, hogyan lehetne extrém kevés elérhető energiával számolni. A világegyetem „végén” nem lesz sok szabad energia, ezért a teoretikusok azt a kérdést kezdték boncolgatni, mi történik, ha a számítások elérik a Landauer-határt – vagyis azt a minimális energiamennyiséget, amely egyetlen információbit megsemmisítésekor elkerülhetetlenül elhasználódik.

Az egyik következtetés az lett, hogy a Landauer-határ ugyan nem léphető át, de megkerülhető lehetne, ha sikerülne adiabatikus (reverzibilis) számítógépeket építeni, amelyekben az információ csak átrendeződik, de nem semmisül meg – illetve csak a legszükségesebb esetekben, például akkor, amikor ki kell olvasni a számítás eredményét.

Egy ilyen javaslat a spinelektronikát (spintronikát) használná, amely nemcsak az elektron töltését, hanem a saját impulzusmomentumát (spin) is „munkára fogja”. A modell szerint az információ két, egymással kvantumosan összefonódott elektron formájában lenne kifejezve – a 0 és 1 közti váltás pedig nem elektromosan történne, hanem úgy, hogy az elektronpár egyik tagjának spinjét változtatnánk meg. Mivel a két elektron kvantumosan összefonódott, a spin az összefonódáson keresztül „átbillenne” a másiknál is – így az összinformáció, és vele együtt az energia sem változna. Nem adnánk hozzá semmit, nem semmisítenénk meg semmit – ez elméletileg lehetővé tenné a Landauer-határ megkerülését, és a „majdnem ingyen” számításokat.

matematikai egyenlet
Két bit entrópia: két dobás egy tisztességes érmével esetén az információs entrópia (bitekben) a lehetséges kimenetek számának 2-es alapú logaritmusa. Két érme dobásánál négy lehetséges kimenet van, ami két bit entrópiának felel meg. Az információs entrópia általában az eseményben rejlő információ átlagos mennyisége, ha minden lehetséges kimenetet figyelembe veszel. Az adiabatikus számítógépek kontextusában ez azért fontos, mert a minimális entrópia elméletileg meghatározza a számítás minimális energiaigényét. Ha képesek vagyunk a rendszert alacsony entrópián tartani, közelíthetjük az adiabatikussághoz, vagyis a majdnem zéró energiaveszteséghez, ami kulcs a rendkívül hatékony számításokhoz fizikai és kvantumrendszerekben.

Ezerszer hatékonyabb számítógépek

Egy másik, furcsán őrült ötlet az úgynevezett ballisztikus számítás (asynchronous ballistic reversible computing). Meglepő módon ennek semmi köze a ballisztikához, inkább ahhoz a gondolathoz, hogy a számításba belépő egyetlen energia a bemeneti részecskék mozgási energiája lenne – maga a számítás pedig a részecskék más részecskékkel való kölcsönhatásain keresztül menne végbe a gépen belül. Egy ilyen gép az eddigi leghatékonyabb klasszikus gépek energiaigényének ezredével működhetne – a modelleken már dolgoznak, de ehhez az abszolút nullához közeli hőmérséklet kell.

Nem lehet azt mondani, hogy a feltalálók és vízionáriusok szűkölködnének abban, merre mozdulhatnánk el elméletben. Ezek közül egyik ötlet sem jön el hamar, és valószínűleg nem szorítják ki a hagyományos számítógépeket – akár szilíciumra, akár grafénre épülnek – legalábbis a közeli jövőben biztosan nem. De jó látni, hogy bármilyen problémába, bármilyen korlátba ütközünk, mindig akadnak emberek, akik azon dolgoznak, hogyan lehet megkerülni, és hogyan lehet átlépni rajta.

i

Ezek a cikkek is érdekelhetnek:

A fejlődés iránti vágyunk és az új lehetőségek keresése nem ismer határokat. A vízionárius ötletek talán sosem lépnek túl az elméleti koncepciók szintjén, de már az is előrevisz, hogy ezek a gondolatok léteznek. A legfontosabb, hogy valahányszor korlátokba ütközünk, mindig megjelenik egy új út, amellyel át lehet lépni rajtuk – és ez reményt ad arra, hogy egyszer eljuthatunk olyan technológiákig is, amelyeket eddig csak elképzeltünk.

AlzaPC GameBox Elite Mini - R5 / RTX5070 / 32GB RAM / 2TB SSD - Gamer PC Ingyenes szállítás
AlzaBoxok, Alza boltok
5,0
AlzaPC GameBox Elite Mini - R5 / RTX5070 / 32GB RAM / 2TB SSD
Gamer PC - AMD Ryzen 5 9600X 5.4 GHz processzor, AMD B850, NVIDIA GeForce RTX 5070, 12GB videókártya, 32GB RAM DDR5, , 2000 GB SSD, Optikai meghajtó nélkül, Wi-Fi, HDMI 2,1 és DisplayPort 2,1, 4× USB 3.2, 4× USB 2.0, típusa Midi Tower, Windows 11 Home
+3 ajándék melynek értéke 12 900 Ft
909 690 Ft
Raktáron 4 db
Termékkód: AZgemr5r57a1
AlzaPC GameBox Elite Mini - R5 / RTX5070 / 32GB RAM / 2TB SSD / operációs rendszer nélkül - Gamer PC Ingyenes szállítás
AlzaBoxok, Alza boltok
5,0
AlzaPC GameBox Elite Mini - R5 / RTX5070 / 32GB RAM / 2TB SSD / operációs rendszer nélkül
Gamer PC - AMD Ryzen 5 9600X 5.4 GHz processzor, AMD B850, NVIDIA GeForce RTX 5070, 12GB videókártya, 32GB RAM DDR5, , 2000 GB SSD, Optikai meghajtó nélkül, Wi-Fi, HDMI 2,1 és DisplayPort 2,1, 4× USB 3.2, 4× USB 2.0, típusa Midi Tower, operációs rendszer nélkül
+2 ajándék melynek értéke 910 Ft
877 290 Ft
Raktáron 4 db
Termékkód: AZgemr5r57a2
AlzaPC GameBox Prime - U5 / RTX5060Ti 16GB / 32GB RAM / 2TB SSD / White - Gamer PC Ingyenes szállítás
AlzaBoxok, Alza boltok
5,0
AlzaPC GameBox Prime - U5 / RTX5060Ti 16GB / 32GB RAM / 2TB SSD / White
Gamer PC - Intel Core Ultra 5 225F 4.9 GHz processzor, Intel B860, NVIDIA GeForce RTX 5060 Ti, 16GB videókártya, 32GB RAM DDR5, , 2000 GB SSD, Optikai meghajtó nélkül, Wi-Fi, HDMI 2,1 és DisplayPort 2,1, 2× USB 3.2, 4× USB 2.0, típusa Midi Tower, Windows 11 Home
+3 ajándék melynek értéke 12 900 Ft
828 490 Ft
Raktáron 5 db
Termékkód: AZgpu5r56t
AlzaPC GameBox Elite - R7 / RTX5070Ti / 48GB RAM / 2TB SSD - Gamer PC Ingyenes szállítás
AlzaBoxok, Alza boltok
5,0
AlzaPC GameBox Elite - R7 / RTX5070Ti / 48GB RAM / 2TB SSD
Gamer PC - AMD Ryzen 7 9700X 5.5 GHz processzor, AMD B650, NVIDIA GeForce RTX 5070 Ti, 16GB videókártya, 48GB RAM DDR5, , 2000 GB SSD, Optikai meghajtó nélkül, Wi-Fi, HDMI 2,1 és DisplayPort 2,1, 6× USB 2.0, típusa Midi Tower, Windows 11 Home
+3 ajándék melynek értéke 12 900 Ft
1 128 990 Ft
Raktáron 4 db
Éjfélig megrendeled, délelőtt az AlzaBoxban leled! Vagy standard kiszállítással kérheted FoxPost, Packeta, MPL boxokba is.
Infó
Termékkód: AZger7r57t
AlzaPC GameBox Prime - i5 / RTX5060Ti 16GB / 32GB RAM / 1TB SSD - Gamer PC Ingyenes szállítás
AlzaBoxok, Alza boltok
3,0
AlzaPC GameBox Prime - i5 / RTX5060Ti 16GB / 32GB RAM / 1TB SSD
Gamer PC - Intel Core i5 14400F Raptor Lake Refresh 4.7 GHz processzor, Intel B760, NVIDIA GeForce RTX 5060 Ti, 16GB videókártya, 32GB RAM DDR4, , 1000 GB SSD, Optikai meghajtó nélkül, Wi-Fi, HDMI 2,1 és DisplayPort 2,1, 4× USB 2.0, típusa Midi Tower, Windows 11 Home
+3 ajándék melynek értéke 12 900 Ft
658 990 Ft
Raktáron > 5 db
Éjfélig megrendeled, délelőtt az AlzaBoxban leled! Vagy standard kiszállítással kérheted FoxPost, Packeta, MPL boxokba is.
Infó
Termékkód: AZgpi5r56td1
AlzaPC GameBox Prime Mini - R5 / RTX5060 / 16GB RAM / 1TB SSD / operációs rendszer nélkül - Gamer PC Ingyenes szállítás
AlzaBoxok, Alza boltok
AlzaPC GameBox Prime Mini - R5 / RTX5060 / 16GB RAM / 1TB SSD / operációs rendszer nélkül
Gamer PC - AMD Ryzen 5 5600XT 4.7 GHz processzor, AMD A520, NVIDIA GeForce RTX 5060, 8GB videókártya, 16GB RAM DDR4, , 1000 GB SSD, Optikai meghajtó nélkül, Wi-Fi, HDMI 2,1 és DisplayPort 2,1, 4× USB 3.2, 2× USB 2.0, típusa Midi Tower, operációs rendszer nélkül
+2 ajándék melynek értéke 910 Ft
495 390 Ft
Raktáron > 5 db
Éjfélig megrendeled, délelőtt az AlzaBoxban leled! Vagy standard kiszállítással kérheted FoxPost, Packeta, MPL boxokba is.
Infó
Termékkód: AZgpmr5r56a2
Nyomtatás
P-DC1-WEB20
30 év tapasztalat az e-kereskedelemben
3 millió megrendelés évente
a vásárlók 98% visszatérő
Több infó