Теоретически, возможно ли сделать логические вентили, которые используют нулевой ток?

CMOS значительно уменьшает потребление тока микросхемами, потому что один из дополнительных полевых транзисторов всегда находится в непроводящем режиме, поэтому при переходе между состояниями существует только поток тока, который является просто величиной заряда на эквивалентной емкости затвора и возможно, какая-то утечка, когда оба врата на мгновение открыты.

Возможно ли теоретически сделать логический вентиль, который имеет нулевую утечку при изменении состояния (используя любую реалистичную технологию), и сигнал просто передается через цепь в виде изменений напряжения, вызывающих другие изменения напряжения? Если нет, каков теоретический минимум?

Невозможно создать электронный логический элемент, который функционирует, даже если его ток всегда равен нулю.

Тем не менее, можно расположить электронные логические вентили CMOS таким образом, чтобы энергия, накопленная на транзисторных затворах, впоследствии возвращалась к источнику питания, поэтому она использует практически нулевую полезную мощность. Как только система включена и все перепускные конденсаторы полностью заряжены, эти логические элементы могут выполнять произвольно большое количество вычислений, в то же время потребляя практически нулевой ток от батареи. Такие устройства часто называют неразрушающими вычислениями.

Также есть много способов построить логически эквивалентные вычислительные структуры без каких-либо электронных устройств. Такие неэлектронные логические вентили, естественно, используют нулевой ток, хотя почти всем им требуется гораздо больше энергии для работы, чем их логически эквивалентным электронным логическим элементам.

не электронные вычисления

Некоторые неэлектронные логические элементы перечислены в статье «Десять страннейших компьютеров» .

Еще несколько неэлектронных логических элементов, которые, по-видимому, не настолько странны, чтобы сделать эту статью:

Дэвид Кэри (David Cary) разработал ЦП, который будет построен полностью из золотниковых клапанов, и до сих пор размышляет над тем, чтобы питать его традиционным давлением гидравлического масла, давлением воды или воздуха.

Нет В жидкостных логических воротах не имеют подвижные части, если не считать перемещение жидкости через них как «часть».

(Есть ли статья в Википедии или какой-то другой вики со списком способов реализации абстрактной концепции «логических ворот»?)

неразрушающие вычисления

Неразрушающие вычисления, также называемые обратимыми вычислениями, логикой восстановления заряда или адиабатической логикой, включают затворы, которые используют практически нулевую мощность.

Когда вычислительная система стирает немного информации, она должна рассеивать теоретическую минимальную энергию kT ln (2) - предел фон Неймана-Ландауэра - где k - постоянная Больцмана, а T - температура.

Большинство логических вентилей стирают немного информации для каждой логической операции. Однако есть несколько логических элементов, которые сохраняют каждый бит. Теоретически эти неразрушающие логические элементы могут использовать гораздо меньшую мощность, чем теоретическая минимальная мощность элементов побитовой логики.

"Обратимая логика" Ральфа Меркла в Zyvex

RevComp - Исследовательская группа по обратимым и квантовым вычислениям имеет несколько хороших фотографий своего обратимого процессора.

Да. Вы можете сделать затвор, который переключается с нулевым током, если вы не против подождать бесконечное количество времени;) Поскольку ток - это изменение заряда с течением времени, так как изменение времени уходит в бесконечность, ток уходит в ноль. Выполняйте свою логику как можно медленнее, соблюдая спецификации других систем.

Ваше домашнее задание на вечер - прочитать главу «Термодинамика вычислений» из «Лекций Фейнмана по вычислениям»;)

Нет, это невозможно.

Емкость затвора является функцией геометрии транзистора и свойств материалов транзистора. Там всегда будет емкость. В целях минимизации емкости всегда будет существовать компромисс между скоростью транзистора, падением напряжения, коэффициентом усиления и другими свойствами устройства.

Мало того, но для того, чтобы использовать выход затвора, транзистор должен управлять любой выходной емкостью. Опять же, выходная емкость является функцией геометрии провода и свойств окружающих материалов.

Есть и другие эффекты утечки. Через сток и исток любого транзистора в выключенном состоянии и даже некоторый ток утечки в затвор. Хотя эти эффекты по большей части незначительны в реальных кремниевых частях, вы рано или поздно столкнетесь с ними в своем стремлении к затвору нулевого тока.

в противоположность:

Ваш заданный вопрос заголовка может быть решен без использования тока или любого типа схемы.

http://www.youtube.com/watch?v=SudixyugiX4

Если вам не нужно запускать программу, чтобы получить результат , это может показаться шагом в направлении вычисления чего-то даром, хотя их аппарат должен был рассеивать некоторую мощность.