Створено пожирає інформацію квантовий демон

Опубликованно 18.11.2018 00:04

Міжнародна група вчених експериментально відтворила демона Максвелла для вивчення поведінки квантових систем. Виявилося, що замість отримання інформації про стан системи пристрій або спостерігач, який виступає в ролі демона Максвелла, може необоротно знищувати її. Стаття дослідників опублікована в журналі Physical Review Letters. Коротко про неї розповідається в прес-релізі на Phys.org.

Демоном Максвела називають уявний експеримент, який полягає в тому, що якийсь пристрій (демон) здатна відокремити швидко рухаються молекули від повільних і тим самим отримати тепло з холодного газу, ще більш охолодивши його. При цьому було показано, що пристрій не може виконувати ніякої роботи, і в результаті нібито відбувається порушення другого закону термодинаміки, оскільки ентропія в системі зменшується.

Хоча демон може споживати енергію, вимірюючи швидкість молекули, в деяких випадках він може уникати збільшення ентропії, якщо записує результати вимірювань в пам'ять, що робить процес термодинамічно оборотним. Однак показано, що рано чи пізно у пристрої закінчаться ресурси пам'яті, і він буде змушений прати старі дані, що вже не виправиш, а значить ентропія, в кінцевому підсумку, зросте.

Вчені поставили експеримент, щоб з'ясувати, як поводиться інформація у випадку квантового демона Максвелла, тобто пристрою, який намагається виміряти характеристику квантової системи. Дослідники провели слабкі вимірювання кубіта — системи, яка знаходиться в суперпозиції двох станів — порушеної і основного. При слабких вимірах система незначно змінює свій квантовий стан, коли при звичайних спостереженнях суперпозиція «руйнується» до одного з двох станів.

В експерименті вчені спробували витягти інформацію з кубіта, реалізованого у вигляді трансмонного надпровідного пристрою. При цьому суперпозиція станів виявлялася непорушеною, хоча могла непередбачуваним чином змінюватися. Виявилося, що в цьому випадку інформація про стан системи ставала негативною, тобто експериментатори до кінця експерименту менше знали про систему, ніж до нього.

За словами вчених, результати дослідження показують, що вилучення інформації з квантового комп'ютера може бути складним завданням, оскільки потрібно навчитися уникати її втрат.Більше важливих новин в Telegram-каналі «Стрічка дня». Підписуйся!

Категория: Наука