У квантовых компьютеров нашли способность самоохлаждаться

Запутанные фотоны. Иллюстрация с сайта www.aps.org

У квантовых компьютеров нашли способность самоохлаждаться

Физики установили, что принцип Ландауэра выполняется для квантовых систем. Статья ученых опубликована в журнале Nature, а ее препринт доступен на сайте arXiv.org. Из этого принципа, в частности, вытекает, что квантовый компьютер при выполнении некоторых операций охлаждается, а не нагревается, как его классический "коллега".

Принцип Ландауэра был сформулирован Рольфом Ландауэром из IBM в 1961 году. Он утверждает, что, в независимости от технической реализации вычислительной системы, при потере одного бита информации выделяется не менее некоторого фиксированного количества теплоты, определяемого по формуле Ландауэра. То есть, по определению, работа, необходимая для стирания пропорциональна термодинамической энтропии системы.

В рамках работы физики изучали процесс стирания информации в квантовом компьютере (ранее ученые уже установили, что любая операции в таком компьютере сводится к серии обратимых вычислений - для которых принцип Ландауэра не действует - и стираний). В частности, ученые рассматривали системы внутри которых имелось квантовое запутывание - взаимосвязь между параметрами объектов (например, состояниями кубитов).

Оказалось, что наличие квантовых эффектов, например, запутывания квантовых состояний, вообще говоря, не влияет на принцип Ландауэра и работа по-прежнему пропорциональна энтропии (правда, в данном случае речь идет об условной энтропии - вероятностном аналоге ее термодинамического тезки).

При этом, правда, обнаружился эффект, противоречащий классическим представлениям. Дело в том, что условная энтропия может быть отрицательной, следовательно, работа, необходимая для стирания бита, может быть меньше нуля. То есть, при выполнении некоторой операции, компьютер будет не нагреваться, а охлаждаться. При этом, правда, при создании информации температура все равно будет увеличиваться, поскольку для системы выполняются привычные всем законы сохранения.