Стирание данных может охлаждать квантовый компьютер
Выделение тепла при вычислениях - фундаментальное свойство природы. Даже если бы все элементы электрических схем, производящих необратимые вычисления (такие как логическое сложение, получение остатка при делении), были идеальными и инженерам удалось избавиться от токов утечки, все равно расчеты сопровождались бы выделением тепла. Существует способ свести все необратимые вычисления к обратимым за одним исключением - удалением данных.
Неизбежное выделение тепла при потере информации называется принципом Ландауэра, который рассчитал количество выделения тепла при потере одного бита. Принцип был сформулирован в 1961-м году и опирался на представления классической физики. На прошлой неделе в Nature вышла статья, в которой авторы рассматривают судьбу этого закона в квантовых системах.
Теоретическая модель состоит из наблюдателя, представленного машиной с квантовой памятью Q, который удаляет информацию из системы S, используя тепловой резервуар с температурой T. Наблюдатель может сохранять энергию в батареи.
Согласно теоретическим выкладкам ученых, если наблюдатель обладает квантовой информацией о стираемых данных (например при помощи связанных состояний), то принцип Ландауэра может нарушаться. Выделение тепла при этом определяется условной энтропией (conditional entropy), которая зависит от того, какой информацией о системе в целом мы располагаем. Поскольку условная энтропия может принимать отрицательные значения для квантовых систем, то при определенных условиях удаление данных может приводить к охлаждению, а не нагреванию среды.
Как подчеркивают авторы, явление не нарушает ни первый, ни второй законы термодинамики (вечный двигатель на таком эффекте не построишь) - данные можно удалить лишь один раз и при этом разрушится запутанное состояние частиц, а для того чтобы вернуть систему в начальное положение, потребуется затратить энергию. Общая энтропия при этом также не уменьшается. "Мы работаем на самой грани второго закона термодинамики, но не нарушаем его", - говорит возглавлявший исследования Влатко Ведрал (Vlatko Vedral).
Неизбежное выделение тепла при потере информации называется принципом Ландауэра, который рассчитал количество выделения тепла при потере одного бита. Принцип был сформулирован в 1961-м году и опирался на представления классической физики. На прошлой неделе в Nature вышла статья, в которой авторы рассматривают судьбу этого закона в квантовых системах.
Теоретическая модель состоит из наблюдателя, представленного машиной с квантовой памятью Q, который удаляет информацию из системы S, используя тепловой резервуар с температурой T. Наблюдатель может сохранять энергию в батареи.
Согласно теоретическим выкладкам ученых, если наблюдатель обладает квантовой информацией о стираемых данных (например при помощи связанных состояний), то принцип Ландауэра может нарушаться. Выделение тепла при этом определяется условной энтропией (conditional entropy), которая зависит от того, какой информацией о системе в целом мы располагаем. Поскольку условная энтропия может принимать отрицательные значения для квантовых систем, то при определенных условиях удаление данных может приводить к охлаждению, а не нагреванию среды.
Как подчеркивают авторы, явление не нарушает ни первый, ни второй законы термодинамики (вечный двигатель на таком эффекте не построишь) - данные можно удалить лишь один раз и при этом разрушится запутанное состояние частиц, а для того чтобы вернуть систему в начальное положение, потребуется затратить энергию. Общая энтропия при этом также не уменьшается. "Мы работаем на самой грани второго закона термодинамики, но не нарушаем его", - говорит возглавлявший исследования Влатко Ведрал (Vlatko Vedral).
Ещё новости по теме:
18:20