Informația este fizică chiar și în sistemele cuantice

0

Informațiile par să fie eterice, dat fiind faptul că uităm numerele de telefon sau zilele de naștere. Însă cercetătorii spun că informația este fizică, iar dacă acest studiu este corect, acest adevăr se aplică și în cazul sistemelor cuantice.

Cu toate că paginile cu text sau liniile de biți par să se șteargă ușor la apăsarea unui buon, actul distrugerii informației are un impact fizic tangibil, potrivit principiului propus în 1961 de fizicianul Rolf Laundauer. Ștergrea informațiilor este asociată cu o creștere a entropiei, sau a dezordinii, care rezultă într-o anumită cantitate de căldură pentru fiecare bit șters. Chiar și cele mai eficiente computere ar emite căldură atunci când ștergem în mod ireversibil date.

Acest principiu a fost verificat în mod experiențial pentru sisteme care urmează legile familiare ale fizicii clasice, însă imaginea rămâne neclară în cazul sistemelor mecanicii cuantice, în care particulele pot fi în stări multiple în același timp, iar soarta lor poate fi legată prin procesul ciudat de entanglement cuantic.

Acum, o echipă de cercetători au declarat în revista Proceedings of the Royal Society A în data de 13 aprilie, faptul că principiul lui Landauer se menține chiar și în tărâmul cuantic. ”Practic ceea ce ei au făcut este să testeze [acest principiu]la un nivel extrem de detaliat și din punct de vedere cantitativ”, declară John Bechhoefer de la Universitatea Simon Fraser din Burnaby, Canada, care nu a fost implicat în cercetare. ”Ceea ce ei demonstrează este că acest principiu funcționează într-un sistem cuantic, ceea ce este un pas important”. Testarea principiului lui Landauer în tărâmul cuantic ar putea fi importantă pentru înțelegerea limitelor fundamentale ale computerelor cuantice, spune Bechhoefer.

Pentru a verifica principiul lui Landauer, cercetătorii au folosit un sistem de trei cubiți – versiunea cuantică a biților folosiți în cadrul computerelor normale – făcuți fin trifluoroiodetilenă, o moleculă ce are trei atomi de fluorină. Nucleii acestor trei atomi de fluorină au o proprietate cuantică cunoscută sub numele de spin (rotație). Acest ”spin” poate fi în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic, servind același scop ca numerele 0 și 1 a unui bit standard.

Primul cubit, pe care cercetătorii îl numesc ”sistem”, conține informația care urmează să fie ștearsă. Potrivit pricipiului lui Landauer, atunci când informația este ștearsă, se va genera căldură, iar energia va curge către cel de-al doilea cubit, cunoscut sub numele de ”rezervor”. La fel cum oamenii de știință pot face operațiuni pe biți într-un computer normal (adăugând sau scăzând un număr, de exemplu), cercetătorii pot aplica operațiuni pe cubiții de fluorină folosind unde radio pentru a schimba spinul nuclear.

Ceea ce este greu de făcut este măsurătoarea sistemelor cuantice, spune fizicianul Lucas Céleri de la Universitatea Federală Goiás din Brazilia, șef al echipei de cercetare. ”Într-o lume cuantică, de fiecare dată când măsori un sistem, interacționezi cu el” și în consecință îl schimbi. În consecință cercetătorii au folosit o cale ocolită.  Cel de-al treilea cubit este cuplat la rezervor și poate fi folosit pentru a măsura căldura generată fără a modifica cubiții implicați în proces.

Atunci când cercetătorii au șters informația, ei au descoperit că s-a generat căldură conform principiului lui Landauer. Ei s-au uitat la media măsurătorilor multiple, din cauza că fluctuațiilor cuantice, pentru că o măsurătoare singulară nu confirmă în mod necesar principiul. ”Este o demonstrație frumoasă a principiului lui Landauer într-un sistem cuantic, înțelept concepută și bine dusă la capăt”, declară fizicianul cuantic Seth Lloyd de la MIT, care nu a fost implicat în cercetare.

Unii cercetători sugerează că mai este de lucru. ”Este un experiment executat cu mare atenție cu trei cubiți ce interacționează”, declară Jukka Pekola de la Universitatea din Alto, Finlanda și Jonne Koski de la ETH Zurich. Însă într-un test tradițional al principiului lui Landauer, rezervorul nu ar fi un singur cubit, ci o mare ”baie de căldură” formată din multe particule. Cercetătorii, în consecință, trebuie să ia în considerare entropia mare introdusă ca urmare a rezervorului uni-particulă folosit. Următorul pas, conform declarațiilor lui Pekola și Koski, ar fi să investigăm un cubit care interacționează cu un rezervor format din mai multe particule pentru a crea premizele unui test al principiilor lui Landauer la nivel cuantic.

sursa: Află cum să scapi de oboseală și să-ți crești nivelul de vitalitate

Share.

About Author

Razvan este arhitect, ca si formare, un spirit-ghid, ca si chemare.

Leave A Reply

Citește articolul precedent:
Ouroboros: un străvechi simbol al infinitului

Astăzi, fizicienii încearcă de deslușească misterul timpului. A existat un început al timpului și va exista un sfârșit al acestuia?...

Închide