Ученые смогли узнать, как работает уничтожающий информацию квантовый демон

Группa учeныx  сo всего мира экспериментально воспроизвела демона Максвелла для изучения поведения квантовых систем, передает Phys.org.

Демоном Максвелла называют мысленный эксперимент, который заключается в том, что некое устройство (демон) способно отделить быстро двигающиеся молекулы от медленных и тем самым извлечь тепло из холодного газа, еще более охладив его. При этом было показано, что устройство может не выполнять никакой работы, и в результате якобы происходит нарушение второго закона термодинамики, поскольку энтропия в системе уменьшается.

Оказалось, что вместо получения информации о состоянии системы устройство или наблюдатель, выступающий в роли демона Максвелла, может необратимо уничтожать ее. Статья исследователей опубликована в журнале Physical Review Letters. 

Хотя демон может потреблять энергию, измеряя скорость молекулы, в некоторых случаях он может избегать увеличения энтропии, если записывает результаты измерений в память, что делает процесс термодинамически обратимым. Однако показано, что рано или поздно у устройства закончатся ресурсы памяти, и он будет вынужден стирать старые данные, что уже необратимо, а значит энтропия, в конечном итоге, вырастет.

Ученые поставили эксперимент, чтобы выяснить, как ведет себя информация в случае квантового демона Максвелла, то есть устройства, которое пытается измерить характеристику квантовой системы. Исследователи провели слабые измерения кубита — системы, которая находится в суперпозиции двух состояний — возбужденного и основного. При слабых измерениях система незначительно меняет свое квантовое состояние, когда при обычных наблюдениях суперпозиция "разрушается" до одного из двух состояний.

В эксперименте ученые попытались извлечь информацию из кубита, реализованного в виде трансмонного  сверхпроводящего устройства. При этом суперпозиция состояний оказывалась ненарушенной, хотя могла  непредсказуемым образом меняться.

Оказалось, что в этом случае информация о состоянии системы становилась отрицательной, то есть экспериментаторы к концу эксперимента меньше знали о системе, чем до него.

По словам ученых, результаты исследования показывают, что извлечение информации из квантового компьютера может быть сложной задачей, поскольку нужно научиться избегать ее потерь.

Как сообщал MIGnews.com.ua ранее, в США специалисты из Мичиганского университета создали самый миниатюрный компьютер в мире.