Home » Stiinta » Consolidarea celei de-a doua legi a termodinamicii

Consolidarea celei de-a doua legi a termodinamicii

Consolidarea celei de-a doua legi a termodinamicii
Credit foto: Santa Fe Institute

Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, entropia totală a unui proces închis poate crește sau rămâne neschimbată, dar nu poate scădea niciodată.

A doua lege garantează, de exemplu, că un ou se poate clătina de pe masă și poate lăsa mizerie pe podea, dar că o astfel de mizerie nu va forma niciodată un ou și va sări înapoi pe masă, scrie Phys.org.

Sau aerul va scăpa dintr-un balon, dar balonul nu se va umfla niciodată de la sine. Cel puțin din secolul al XIX-lea, fizicienii au investigat rolul entropiei în teoria informației, studiind tranzacțiile energetice de adăugare sau ștergere a biților din computere, de exemplu.

Termodinamica calculului este un obiectiv de cercetare al fizicianului SFI David Wolpert, care, în ultimii ani, colaborează cu Artemy Kolchinsky, fizician și fost bursier postdoctoral SFI, pentru a înțelege mai bine legătura dintre termodinamică și procesarea informațiilor în calcul.

Studiul are utilitate în nenumărate domenii

Cea mai recentă explorare a subiectului celei de-a doua legi a termodinamicii, publicată în Physical Review E, urmărește aplicarea acestor idei într-o gamă largă de domenii clasice și cuantice, inclusiv termodinamica cuantică.

„Sistemele de calcul sunt concepute special pentru a pierde informații despre trecutul lor, pe măsură ce evoluează”, spune Wolpert.

Dacă o persoană introduce „2+2” într-un calculator și apoi apasă „enter”, computerul dă răspunsul 4. În același timp, mașina pierde informații despre intrare, deoarece nu numai 2+2, ci și 3+1 (și alte perechi de numere) pot produce aceeași ieșire. Numai din răspuns, aparatul nu poate raporta ce pereche de numere a acționat ca intrare.

În 1961, fizicianul IBM Rolf Landauer a descoperit că atunci când informația este ștearsă, ca în timpul unui astfel de calcul, entropia calculatorului scade (prin pierderea informațiilor), ceea ce înseamnă că entropia mediului trebuie să crească.

Dacă ștergi puțină informație, trebuie să generezi puțină căldură”, spune Kolchinsky.

Wolpert și Kolchinsky au vrut să știe: Care este acel cost energetic al ștergerii informațiilor pentru un anumit sistem? Landauer a derivat o ecuație pentru cantitatea minimă de energie care este produsă în timpul ștergerii, dar duoul SFI a descoperit că majoritatea sistemelor produc de fapt mai mult. „Există un cost care apare dincolo de limitele lui Landauer”, spune Kolchinsky.

Singura modalitate de a atinge pierderea minimă de energie a lui Landauer, spune el, este de a proiecta un computer cu o anumită sarcină în minte. Dacă computerul efectuează un alt calcul, atunci va genera entropie suplimentară.

Consolidarea fundamentului celei de-a doua legi a termodinamicii

Kolchinsky și Wolpert au demonstrat că două computere ar putea efectua același calcul, de exemplu, dar diferă în producția de entropie din cauza așteptărilor lor pentru intrări. Cercetătorii numesc acest lucru „nepotrivire de cost” sau costul greșirii.

„Este diferența dintre sarcina pentru care a fost construită mașina de calcul și sarcina pentru care o folosești”, spune Kolchinsky.

În lucrările anterioare, duoul a demonstrat că această nepotrivire de cost este un fenomen general care poate fi explorat într-o varietate de sisteme, nu numai în teoria informației, ci și în fizică sau biologie.

Ei au găsit o relație fundamentală între ireversibilitatea termodinamică – cazul în care entropia crește – și ireversibilitatea logică – cazul în calcul în care starea inițială este pierdută. Într-un fel, au consolidat fundamentul celei de-a doua legi a termodinamicii.

Computerele cuantice sunt vulnerabile la pierderi și erori

În cea mai recentă cercetare, Kolchinsky și Wolpert demonstrează că această relație fundamentală se extinde chiar mai mult decât credeau anterior, inclusiv la termodinamica computerelor cuantice. Informațiile din computerele cuantice sunt vulnerabile la pierderi sau erori din cauza fluctuațiilor statistice sau a zgomotului cuantic, motiv pentru care fizicienii caută noi metode de corectare a erorilor.

O mai bună înțelegere a nepotrivirii de cost, spune Kolchinsky, ar putea duce la o mai bună înțelegere a modului de a prezice și corecta aceste erori.

„Există această relație profundă între fizică și teoria informației”, spune Kolchinksy.

Vă recomandăm să citiți și:

PREMIUL NOBEL pentru FIZICĂ 2021, acordat lui Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann și Giorgio Parisi „pentru contribuții fără precedent la înțelegerea sistemelor fizice complexe”

Cercetătorii coreeni au creat o vopsea care funcționează la fel ca panourile fotovoltaice

Iluzia optică care te înnebunește! Ce culoare au, de fapt, cele două cranii

Creaţie uimitoare a fizicienilor: primul dispozitiv care generează masă negativă

Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș este blogger începând cu anul 2009, având experiență și în domeniile publicitate și jurnalism. Este pasionat de marketing și de tehnologie, dar cel mai mult îi place să știe lucruri, motiv pentru care a fost atras de Descopera.ro. citește mai mult
Cele mai noi articole
Organismele extraterestre ar putea să contamineze Pământul, avertizează un nou studiu
Organismele extraterestre ar putea să contamineze Pământul, avertizează un nou studiu
Antarctica ar putea beneficia de internet de mare viteză
Antarctica ar putea beneficia de internet de mare viteză
O serie de descoperiri surprinzătoare arată cum sarea afectează circulația sangvină în creier
O serie de descoperiri surprinzătoare arată cum sarea afectează circulația sangvină în creier
De ce a dispărut „Veneția Chinei” din Epoca de Piatră
De ce a dispărut „Veneția Chinei” din Epoca de Piatră
Vehiculul hipersonic al Chinei poate „parca” pe orbită, avertizează un oficial al US Space Force
Vehiculul hipersonic al Chinei poate „parca” pe orbită, avertizează un oficial al US Space Force
Cum arată casa în care locuiește Elon Musk, amenajată ca o garsonieră
Cum arată casa în care locuiește Elon Musk, amenajată ca o garsonieră
Sanctuarele și templele grecești antice din Olimpia
Sanctuarele și templele grecești antice din Olimpia
Cum să oferi cea mai bună îmbrățișare, conform științei
Cum să oferi cea mai bună îmbrățișare, conform științei
Datele zodiilor, cum au fost stabilite și ce reprezintă de fapt?
Datele zodiilor, cum au fost stabilite și ce reprezintă de fapt?
Ziua în care A.I.Cuza a introdus învăţământul obligatoriu şi gratuit. Ce păţeau părinţii care nu se supuneau legii
Ziua în care A.I.Cuza a introdus învăţământul obligatoriu şi gratuit. Ce păţeau părinţii care nu se supuneau legii
Prețul cafelei, în continuă creștere. A atins deja maximul ultimilor 10 ani
Prețul cafelei, în continuă creștere. A atins deja maximul ultimilor 10 ani
XTB: prețul petrolului scade din cauza Omicron. Va scădea și prețul benzinei?
XTB: prețul petrolului scade din cauza Omicron. Va scădea și prețul benzinei?
Alimentele care ne ajută să pierdem grăsimea viscerală fără să ținem regim
Alimentele care ne ajută să pierdem grăsimea viscerală fără să ținem regim
NASA acordă Blue Origin, Nanoracks și Northrop Grumman contracte de peste 400 de milioane de dolari pentru a evita lipsa prezenței umane pe orbită
NASA acordă Blue Origin, Nanoracks și Northrop Grumman contracte de peste 400 de milioane de dolari pentru a evita lipsa ...
Femeia inuită care a supraviețuit singură pe o insulă arctică după o expediție dezastruoasă
Femeia inuită care a supraviețuit singură pe o insulă arctică după o expediție dezastruoasă
O companie a dezvăluit un nou robot umanoid cu expresii faciale uimitor de realiste
O companie a dezvăluit un nou robot umanoid cu expresii faciale uimitor de realiste
Cum pot unele animale să mănânce fluturi Monarh fără să moară? Misterul a fost în sfârșit elucidat
Cum pot unele animale să mănânce fluturi Monarh fără să moară? Misterul a fost în sfârșit elucidat
Criza alimentară din Madagascar, cauzată mai mult de sărăcie și de vremea naturală decât de schimbările climatice
Criza alimentară din Madagascar, cauzată mai mult de sărăcie și de vremea naturală decât de schimbările climatice