Nature: впервые зафиксировано, как квантовая система "забывает" информацию

Исследователи из Венского технического университета и Свободного университета Берлина впервые экспериментально зафиксировали, как квантовая система "забывает" информацию, и подтвердили фундаментальный физический принцип: удаление информации всегда сопровождается потерей энергии и ростом энтропии. Работа опубликована в журнале Nature Physics.

В 1960-х физик Рольф Ландауэр сформулировал тезис: удаление информации не может происходить без энергетических затрат — оно всегда приводит к выделению тепла. Теперь, спустя десятилетия, этот принцип впервые подтвержден в сложной многочастичной квантовой системе.

Команда охладила облака из тысяч атомов рубидия почти до абсолютного нуля и поместила их в ловушки на атомном чипе. Затем два облака выпускались и сталкивались. Система была условно разделена на две части: одна — сама квантовая система, другая — ее "окружение", с которым происходил обмен информацией.

Измеряя степень взаимодействия облаков, ученые смогли проследить, как теряется информация, и как возрастает энтропия — мера беспорядка. Это прямым подтверждением того, что принцип Ландауэра действует даже в сложных квантовых системах. Пока система изолирована, ее состояние можно предсказать или восстановить по данным. Но стоит ей вступить во взаимодействие с внешней средой — например, с измерительным прибором — информация теряется, и процесс становится необратимым.

"Удаление информации — это не просто абстрактное действие. Оно имеет физическую цену," — пояснил профессор Йорг Шмидмайер из Венского технического университета.

По словам теоретика Йенса Айзерта из Свободного университета Берлина, платформа ультрахолодных атомов дает уникальную возможность количественно исследовать фундаментальные вопросы: как происходит измерение в квантовой механике, и что значит потеря информации.