Создан пожирающий информацию квантовый демон

Международная группа ученых экспериментально воспроизвела демона Максвелла для изучения поведения квантовых систем. 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. Кратко о ней рассказывается в пресс-релизе на 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.

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.