Исследование связи термодинамики и теории информации помогает учёным определить физический лимит эффективности необратимых вычислений, следовательно, работы классических компьютеров.

Физикам удалось измерить минимальное количество тепла, рассеиваемого системой при стирании одного бита информации. Опыт имеет прямое отношение к подтверждению второго начала термодинамики, поиску границ эффективности компьютеров и способов обхода этих пределов.

Выдающийся эксперимент провели исследователи из трёх университетов Франции и Германии. Они построили ячейку памяти на основе микроскопической коллоидной частицы и впервые измерили энергию, безвозвратно рассеиваемую в окружающую среду при уничтожении информации в ней. Это количество тепла оказалось близким к значению, предсказанному 51 год назад.

Рассеиваемое схемой тепло определяет минимум мощности, необходимой данной машине для работы. Этот предел (по теории он составляет примерно 10-21 Дж на каждый стираемый бит) определяется принципом Ландауэра, являющимся своеобразным отражением второго закона термодинамики и закона неубывания энтропии.

В соответствии с ними необратимое стирание информации является диссипативным процессом.

Следствия:
=============================================

Это достижение поможет прояснить сразу несколько вещей. Во-первых, таким путём физики пытаются понять, что будет происходить по мере снижения размеров частей микросхем и приближения их к масштабу, на котором затрачиваемая мощность будет сравнима по порядку с тепловыми флуктуациями.

Во-вторых, опыт поможет взглянуть свежим взглядом на попытки обойти лимит Ландауэра. А тут намечается несколько путей.

Например, учёные рассуждают о возможности организовать обратимые вычисления (Reversible computing), в которых энтропия всей системы не возрастает.

Кроме того, не так давно теоретики показали, что в квантовых компьютерах стирание битов может приводить к отрицательным значениям энтропии ячейки и охлаждению системы, вместо рассеивания тепла. Этот трюк является в некотором роде обходом принципа Ландауэра.

Наконец, как атаку на второе начало можно воспринимать реализованный японцами полтора года назад двигатель Сциларда (он же – вариация демона Максвелла), который превращает информацию в энергию. Правда, законы термодинамики и тут устояли, несмотря на работоспособность системы.