Co jest wadliwe w metodzie odwracalnego obliczania „zapisz dane”?

Jestem studentem, który dopiero zaczyna czytać o komputerach zwrotnych. Wiem, że z powodu zasady Landauera nieodwracalne obliczenia rozpraszają ciepło (a odwracalne tego nie robią). Porozmawiałem o tym z moim profesorem, który nigdy wcześniej nie słyszał o komputerach zwrotnych, a on miał trudności ze zrozumieniem, dlaczego teoria komputerów zwrotnych nie była trywialna.

Chodziło tylko o to, że zawsze można zapisać dane wejściowe, tj. Dla dowolnej funkcji $f: \{ 0, 1 \}^n \rightarrow \{ 0, 1 \}^n$ że chcesz uczynić odwracalną, zdefiniuj nową funkcję $f_{reversible}: \{ 0, 1 \}^n \rightarrow \{0, 1 \}^{2n}$ (lub $\{ 0, 1 \}^{2n} \rightarrow \{0, 1 \}^{2n}$ i po prostu umieściłeś $0$s na ostatni $n$ bitów wejścia), który zwraca wynik w pierwszym $n$ bity i dane wejściowe w drugim $n$bitów Następnie w celu odwrócenia$f_{reversible}$ po prostu odrzucasz dane wyjściowe i zwracasz zapisane dane.

Moje bezpośrednie zastrzeżenie było takie, że zajmuje to więcej pamięci niż pierwotna funkcja - choć tylko ze względu na stały czynnik. Ograniczenie wyjścia do$n$bity wydają się jednak przywracać ciekawość problemu. Czy to zwykle oznacza przetwarzanie odwracalne?

Kolejnym zastrzeżeniem było to, że kiedy odrzucamy moc wyjściową, robimy coś nieodwracalnego, co rozproszy ciepło. Ale prawidłowo odzyskaliśmy stan początkowy, więc jak może być nieodwracalny? Nie znam wystarczającej fizyki, aby zrozumieć, czy ważną rzeczą w / r / t ciepła jest tylko odwrócenie całego obliczenia, czy też każdy krok musi być odwracalny, czy też ten pomysł jest po prostu niewłaściwy .

Istnieją dwie ważne cechy obliczeń odwracalnych, których brakuje w dyskusji na temat obliczeń odwracalnych:

1. Odwracalną funkcją musi być bijection, i
2. Odwracalność jest definiowana na poziomie bram lokalnych, a nie tylko na poziomie globalnym.

W szczególności w przypadku rozszerzenia $\{0,1\}^n \rightarrow \{0,1\}^n$ w $\{0,1\}^{2n} \rightarrow \{0,1\}^{2n}$ kopiując, nie zapewnisz wstrzyknięcia, ponieważ nie wyjaśnisz, co się stanie, gdy nastąpi ostatni $n$ bity wejściowe dla twojej funkcji nie są $0^n$.

Jeśli chodzi o drugi punkt, jest to naprawdę istotna część obliczeń odwracalnych z perspektywy fizyki. Proces fizyczny nie może po prostu „cofnąć” ogrzewania na poziomie globalnym, dlatego każda bramka musi być odwracalna, aby obwód był odwracalny w sensie istotnym dla fizyki.

Wreszcie teoria obliczeń odwracalnych nie jest nadmiernie skomplikowana, ale zdecydowanie nie jest trywialna. W szczególności istnieją pewne obwody, które można zaimplementować za pomocą mniejszej liczby rejestrów / przewodów nieodwracalnych niż mogą być odwracalne. Jednak przyspieszenie przejścia od nieodwracalnego do odwracalnego nie jest takie złe.

Ogólnie rzecz biorąc, rzadko słyszę, że obliczenia odwracalne pojawiają się na klasycznych kursach CS, ponieważ rzadko dotyczą one obliczeń klasycznych. Jest to jednak ważny temat w obliczeniach kwantowych, ponieważ wszystkie obwody kwantowe są odwracalne i ponieważ należy ostrożnie obchodzić się z przewodami „śmieciowymi”, aby uniknąć niepotrzebnego splątania.