Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

10: Фізичні системи

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    29718

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    До цих пір ми ігнорували більшість аспектів фізичних систем, займаючись лише абстрактними ідеями, такими як інформація. Хоча ми припускали, що кожен збережений або переданий біт проявляється в якомусь фізичному об'єкті, ми зосередилися на абстрактних бітах і ігнорували будь-які обмеження, викликані законами фізики. Це фундаментальна мантра інформаційної епохи.

    Це не завжди було так, і це буде не так в майбутньому. У минулі століття фізичний прояв інформації мало велике значення через її великої вартості. Щоб зберегти або передати інформацію, потрібно було писати книги або навіть слова вирізати на камінь. Наприклад, подумайте про процес створення середньовічного рукопису за часів середньовіччя. Сторінки старанно копіювалися і ілюструвалися. Результати можна розглядати сьогодні з великим захопленням їх артистизм та культурне значення, частково тому, що вони були настільки дорогими для створення - суспільство могло дозволити собі мати справу лише з тим, що воно вважало найважливішою інформацією, а вартість чудових художніх робіт була невисокою порівняно з іншими витратами виробництво.

    Досягнення протягом багатьох років покращили ефективність зберігання та передачі інформації - подумайте про друкарський верстат, телеграф, телефон, радіо, телебачення, цифрову обробку сигналів, напівпровідники та волоконну оптику. Ці технології призвели до складних систем, таких як комп'ютери та мережі передачі даних, і сформували методи, що використовуються для створення та розповсюдження інформаційно-ємних продуктів компаніями, такими як ті, що займаються розважальним бізнесом. Оскільки вартість обробки та розповсюдження даних падає, актуально розглянути випадок, коли ця вартість невелика порівняно з витратами на створення, підтримку та використання інформації. Саме в цій області домінують абстрактні ідеї теорії інформації, бітів, кодування, та й взагалі всієї інформатики. Всі верстви сучасного суспільства справляються зі зростаючим обсягом інформації, яка є в наявності. Фундаментальні ідеї інтелектуальної власності, авторських прав, патентів та комерційної таємниці переосмислюються у світлі мінливої економіки обробки інформації. Ласкаво просимо в інформаційну епоху.

    Модель відокремленої від її фізичного втілення інформації - це, звичайно, наближення дійсності. Зрештою, коли ми ускладнюємо мікроелектронні системи, використовуючи менші та менші компоненти, нам доведеться зіткнутися з фундаментальними обмеженнями, наведеними не нашою здатністю виготовляти невеликі структури, а законами фізики. Всі фізичні системи керуються квантовою механікою.

    Квантова механіка часто вважається важливою лише для малих структур, скажімо, розміру атома. Хоча це неминуче в такому масштабі довжини, він також регулює повсякденні предмети. При роботі з обробкою інформації в фізичних системах доречно розглядати як дуже малі системи з невеликою кількістю бітів інформації, так і великі системи з великими обсягами інформації.

    Ключові ідеї, які ми використовували до цього часу, які потрібно переосмислити в режимі, де важлива квантова механіка, включають

    • Цифрова абстракція зроблена практичною пристроями, здатними відновлювати дані з невеликими збуреннями
    • Використання ймовірності для вираження наших знань в умовах невизначеності
    • Принцип максимальної ентропії як метод оцінки ймовірностей без зміщення