Физики измерили, сколько энергии теряется при удалении квантовой информации

Максим Наговицын16.06.2025799

Каждый раз, когда вы очищаете корзину на рабочем столе, где-то во Вселенной выделяется тепло.

Физики измерили, сколько энергии теряется при удалении квантовой информации
Источник: нейросеть

Тепло и информация — на первый взгляд, у них нет ничего общего. Тепло связано с энергией, это основа термодинамики, одной из главных областей физики. Информация же кажется чистой математикой. Но еще в 1960-х физик Рольф Ландауэр доказал: стереть данные невозможно без выделения энергии. Каждое удаление бита информации неизбежно приводит к потере тепла.

Сейчас эту связь исследуют в квантовых системах. Ученые из Венского технического университета впервые измерили, как многочастичные квантовые системы «забывают» свое состояние, и подсчитали энергетические потери. Оказалось, Ландауэр был прав: стирание информации всегда требует энергии.

Результаты опубликованы в издании Nature Physics.

Почему удаление не бывает бесплатным

Любая информация оставляет след, — объясняет профессор Йорг Шмидмайер. — Можно записывать данные карандашом, намагничивать диск или хранить в квантовых битах, но стереть их без потерь не получится.

Это важно для квантовых компьютеров — их эффективность упирается в фундаментальные ограничения.

Но что значит «стереть»? В классической физике некоторые процессы обратимы. Например, зная положение планет сегодня, можно вычислить, где они были вчера. Никакая информация не теряется. В квантовом мире все сложнее.

Достаточно измерить состояние частицы — и часть данных утечет в окружающую среду безвозвратно.

Как считали потери

Эксперимент провели на облаках ультрахолодных атомов рубидия. Их удерживали на чипе, затем отпускали, позволяя расширяться и пересекаться.

Ученые разделили систему на две части: одну изучали, другую считали «окружающей средой».

Мы наблюдали, как информация утекает из системы, — говорит Амин Таджик, проводивший эксперименты.

Измеряя интерференцию атомных облаков, удалось точно определить, сколько энергии теряется при «забывании».

Даже в сложных многочастичных системах правило Ландауэра работает: чем больше информации стирается, тем больше энергии рассеивается.

Это подтверждает глубинную связь между информацией и квантовой физикой, — говорит Йенс Айзерт из Свободного университета Берлина.

Этот эксперимент — шаг к пониманию фундаментальных ограничений квантовых вычислений. Если мы научимся точно измерять потери энергии при обработке информации, то сможем:

  • Оптимизировать квантовые алгоритмы, снижая энергопотребление.
  • Разрабатывать более стабильные квантовые памяти.
  • Лучше понимать термодинамику микромира, что важно для нанотехнологий.

Отметим, что эксперимент проводился в идеализированных условиях — с ультрахолодными атомами в вакууме. В реальных квантовых процессорах есть шумы, помехи, тепловые флуктуации. Пока неясно, насколько точно результаты переносятся на практические системы.

Ранее ученые разработали способ снижения трения без смазки и потери энергии.

Подписаться: Телеграм | Дзен | Вконтакте


Хайтек

Создан материал, преобразующий свет, ток и магнетизм в тепло
Создан материал, преобразующий свет, ток и магнетизм в тепло

Что если одна тонкая пленка сможет замени...

Ученые улучшили свойства проводящих волокон
Ученые улучшили свойства проводящих волокон

Теплопроводность как у алюминия, гиб...

Новый усилитель для квантовых компьютеров экономит энергию
Новый усилитель для квантовых компьютеров экономит энергию

Квантовые компьютеры похожи на капризных

Открыт новый тип органических полупроводников
Открыт новый тип органических полупроводников

Органическая электроника обычно строится на&nb...

Световой код: бозонное сэмплирование пробивает дорогу в реальный мир
Световой код: бозонное сэмплирование пробивает дорогу в реальный мир

Квантовые технологии нашли неожиданное примене...

Ученые нашли простой способ упорядочить нанотрубки
Ученые нашли простой способ упорядочить нанотрубки

Под поляризованным светом нитрид-борные нанотр...

Разработан новый метод проектирования 3D-плетеных композитов
Разработан новый метод проектирования 3D-плетеных композитов

Представьте станок, который плетет каркас для&...

Новый материал снижает температуру строений на 9 градусов
Новый материал снижает температуру строений на 9 градусов

Ученые нашли способ превратить здания в г...

Ученые создали молекулярную колбу для точных реакций
Ученые создали молекулярную колбу для точных реакций

Исследователи нашли способ управлять молекулам...

Найдена безопасная замена свинцовым материалам
Найдена безопасная замена свинцовым материалам

Олово и церий превратили многообещающий, ...

Ученые впервые увидели заряды в нанокерамике
Ученые впервые увидели заряды в нанокерамике

Границы между микроскопическими областями в&nb...

Ученые создали сверхчувствительный сенсор дофамина
Ученые создали сверхчувствительный сенсор дофамина

Дофамин называют молекулой мотивации, и т...

Ученые решили проблему хрупкости энергохранилищ
Ученые решили проблему хрупкости энергохранилищ

3D-печать совершила скачок в энергетике&n...

Один распадается, двое рождаются: физики поймали момент
Один распадается, двое рождаются: физики поймали момент

Угловой момент света ведет себя странно, но&nb...

Навигация без слепых зон: алгоритм научили видеть сквозь стены
Навигация без слепых зон: алгоритм научили видеть сквозь стены

Представьте навигатор, который почти не о...

Создан самовосстанавливающийся материал для электроники
Создан самовосстанавливающийся материал для электроники

Ученые создали материал, который делает электр

Квантовый танец электронов: как графен сохраняет память
Квантовый танец электронов: как графен сохраняет память

Графен снова удивляет: теперь он проводит

Ученые создали антенну для сверхточной диагностики сосудов
Ученые создали антенну для сверхточной диагностики сосудов

Ученые разглядели то, что годами ускольза

Ученые придумали, как изучать чипы без разрушения
Ученые придумали, как изучать чипы без разрушения

Ошибка в один нанометр может испортить пр...

Поиск на сайте

ТОП - Новости мира, инновации

Новости компаний, релизы

Больше никаких цифр: теперь квитанции в приложении Альфа-Банка вбиваются сами
Автономные дроны без веб-интерфейса: просто API и никаких сложностей
ITPOD обновил номенклатуру серверов — разбираем обозначения
Стажировка на Казанском вертолетном заводе – как студенты осваивали авиастроение
Лаборатория по поиску киберугроз в МИФИ: студенты и эксперты BI.ZONE объединяются