Даже столь абстрактные понятия, как информация, имеют вполне измеримые физические последствия, и стирание данных — это не просто логическая операция, а реальный термодинамический процесс.
Ученые из Технологического университета Вены и Свободного университета Берлина впервые экспериментально измерили и количественно описали, какими изменениями энергии и энтропии сопровождается удаление информации в многочастичных квантовых системах. Результаты исследования стали подтверждением знаменитой гипотезы Рольфа Ландауэра, выдвинутой еще в 1960-х годах.
Суть Ландауэровского принципа заключается в том, что любое стирание данных, каким бы экономным ни был процесс, всегда связано с термодинамическими потерями — проще говоря, с образованием тепла. Это утверждение приобрело особую актуальность в эпоху квантовых вычислений, где каждый бит информации приобретает фундаментальную значимость. В новом эксперименте ученые использовали ультрахолодные облака атомов рубидия, которые удерживались в стабильном состоянии на специальном атомном чипе. Позже облака отпускались, свободно расширялись и перекрывались. Это создало уникальные условия, при которых стало возможно наблюдать за тем, как часть квантовой системы — условно «наблюдаемая» — вступает во взаимодействие с остальной средой, выполняющей роль окружения.
При детальном анализе интерференционных картин двух перекрывающихся облаков стало очевидно: по мере «забывания» исходного состояния квантовой системы происходила утечка информации в окружающую среду. Это сопровождалось ростом энтропии, то есть снижением упорядоченности, а также потерями энергии. Процесс оказался односторонним и необратимым — как и предсказывала теория. Важно, что подобные изменения невозможно зафиксировать непосредственно каким-либо измерительным прибором. Однако взаимодействие системы с окружением можно проследить благодаря тонкому анализу динамики атомных облаков.
Эта работа имеет серьезные последствия не только для фундаментальной науки, но и для прикладных областей, таких как разработка квантовых технологий. Исследование показало, что даже в сложных многочастичных системах принципы Ландауэра сохраняют свою силу. Также работа ученых позволила глубже понять, что представляет собой процесс удаления информации с физической точки зрения, и как на состояние квантовой системы влияют измерения. Как подчеркивает один из авторов, профессор Йорг Шмидмайер, речь идет не только о подтверждении давно известных теоретических положений, но и о возможности количественного изучения фундаментальных процессов с помощью современных экспериментальных платформ, в частности, ультрахолодных атомов.
Тем временем в России разработали новый метод генерации суперконтинуума.
Источник