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プログラミング、3DCGとその他いろいろについて

エネルギーを消費せずにうごくゲート

コンセントや電池なしで動くコンピュータは作れるでしょうか?理論上は可能です。コンピュータがエネルギーを消費するのは熱としてエネルギーが逃げてしまうからで、もし熱として逃げないように計算してやれば、太陽の周りをえんえんと回る惑星のように、外部からのエネルギー無しでえんえんと動くコンピュータが作れます。そこで考え出されたのがトフォリゲートです。トフォリゲートは理論上熱を出しません。実際に作ると少し熱が出てしまうでしょうが、しかし省電力であることには変わりないでしょう。


トフォリゲート

操作方法

紫色の丸をクリック:ゲートへの入力を設定します。

紫色はゲートへの入力で、緑色は出力です。紫色の丸をクリックしてどのような出力になるのか遊んでみましょう。

解説

理論上、エネルギーを全く消費しないコンピュータを作ることは可能です。一見おかしな話ですが、月はエネルギーを消費して地球の周りを回っているわけではありません。単に動くだけならエネルギーを消費する必要はないのです。最初に与えた勢いで動き続けるからです。コンピュータと言えど、単なる物質によってできているにすぎないのです。計算は電子を動かすことによって行われますからね。はじめにエネルギーをチャージすれば、それの勢いで、理論上は、永遠に動き続けることが可能です。

エネルギーを消費するのは、それが熱に変わって逃げるときです。日常生活では摩擦でブレーキをかける時がわかりやすいですが、コンピュータの場合はデータのパターンを合流させるときです(しかし前者も、速く動くものを周りの止まっているものに合流させるという意味では同じです)。たとえばANDゲートは、3つのパターンを1つのパターンに合流させることがあります。

これはエネルギーの観点から行くとまずいのです。というのも、この宇宙の物理法則は、パターンを減少させることを禁じており、どこかのパターンを減少させると必ずどこか別の場所でそれ以上にパターンが増えてしまうからです。この場合は、空気分子の速度のパターンが増えます。つまり熱くなるのです。冷たい空気には遅い分子しかありませんが、熱くなると遅い分子だけでなくちょっと速い分子やすごく速い分子もでてくるのです。下手に合流させると、帳尻を合わせるためコンピュータから熱としてエネルギーが逃げていき、コンセントから入ってきたエネルギーは消費されてしまうのです。

そこで登場するのがトフォリゲートです。トフォリゲートは情報を処理するものの、パターンを減らしません。

これはトフォリゲートの入出力の図です。合流がまったくないことに注目して下さい。1つ1つの入力に、別の出力が割り当てられています。1つとして同じ未来はありません。違う入力が来たら、必ず違う結果を出すのです。

これこそが、エネルギーの消費を抑えるコツです。トフォリゲートはパターンを増やしも減らしもしません。つまり、「パターンを減らしてしまったので帳尻を合わせるためにどこか別の場所のパターンを増やす(周囲の気温を上げる)」ということはないのです。

コンピュータが発熱するのは、内部でパターンを合流させたことに対するしっぺ返しです。なら全くパターンの合流のないコンピュータを作れば、発熱は一切生じないわけです!

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