熵与信息(三):麦克斯韦妖的百年纠葛
这里的最大问题,就是麦克斯韦妖是不是可以在理论上存在,也就是说它会不会违反物理规律。不过,在最开始的时候别说做出准确的判断了,就是想对这个问题进一步的分析都做不到。本质上来说,麦克斯韦妖也就是一个可以测量信息、记录信息,然后根据信息实现控制的信息系统。但是当时还没有人能清楚地说明信息和物理世界之间...
深度长文:解读麦克斯韦妖,信息也是物理实体?(建议收藏)
而麦克斯韦妖的操作,明显意味着热能可以额自发地从低温物体转移到高温物体。而且刚才说了,热力学第二定律其实也是“熵增原理”,该原理表明,在一个封闭的系统里,系统总是倾向于从有序到无序,这个过程是不可逆的。从熵的角度来讲,麦克斯韦妖同样是矛盾的,违反了熵增定律,毕竟速度更快的分子全部到B部分,速度更慢的...
量子计算天生“可逆”吗?|量子计算群英会
兰道尔原理有点类似于热力学中经常用来说明耗散过程的“麦克斯韦妖”[2],耗散也是发生在妖的对分子判断“记忆”的去除过程中,这个过程是逻辑不可逆的,见图1的上图和中图。以上的简单导出过程也说明,兰道尔原理可以理解为逻辑计算中的热力学第二定律。热力学第二定律指出,一个孤立系统的熵不会减少。对计算系统而言...
如何从信息的角度来看待物理学?从麦克斯韦妖说起
这里的解释跟之前的麦克斯韦妖完全一样:我们需要将测量结果存储起来,而存储器总是有限的。为了不断循环,我们需要擦除之前的信息,而根据第二形式的兰道尔原理,这必然会导致环境的熵增。可以证明,系统与环境的总熵必然是增加的,并不违背热力学第二定律。同时,根据第一形式的兰道尔原理,这也必然会向环境耗散能量,从...
“麦克斯韦妖”现身量子世界,揭秘能量与信息的本质关系
1961年,IBM物理学家RolfLandauer首先提出,在常温常压下,消除1比特信息会消耗至少2.75zJ(2.75乘10的负21次方焦耳)的能量,该数值被称为兰道尔极限(Landauer’slimit)。1982年,同为IBM的学者CharlesH.Bennett在兰道尔极限的基础上提出,麦克斯韦妖在每一次操作(测量)开关门之后,需要消除(也就是“忘...
因为遗忘,麦克斯韦妖不可能存在
兰德尔的实验,为麦克斯韦妖不能实现首次给出了个令人信服的理由(www.e993.com)2024年9月18日。“魔鬼”需要擦除(或者可以说“遗忘”)过去每次操作先要选择哪个分子的信息,这样的信息擦除会释放出热量,并增加了熵,熵的增量比恶魔为了平衡熵而失去的量还多。兰德尔的实验,蕴含着一个更贴近现实的结论,就是消除1比特散发出热量的限度到底有多么...
麦克斯韦妖:对抗熵与热力学第二定律,最终归于平常!
而兰道尔的同事贝内特发现了这个原理可以适用于麦克斯韦妖,经过研究,他表示麦克斯韦妖需要消耗能量,而能量消耗发生在它需要“忘记”对前一个分子的判断,然后再判断下一个分子。这个过程是逻辑不可逆的。在2003年,贝内特进一步把兰道尔原理更新为:任何逻辑上不可逆的信息操纵过程,例如擦除1比特的信息,或者是合并两条计算路...
困扰热力学的三个妖精
尽管如此,在我看来,兰道尔原理解释了为什么无论如今的实验者多么聪明,手指多么灵活,都不能制造出真正违反热力学第二定律的热机,以解决全球能源危机。一旦窥探到其幕后的原理,我们就会发现,今天所谓的麦克斯韦妖是灵巧的幻术师而不是真正的魔术师。当代热力学的许多活动来自于量子信息论与热力学的结合。量子信息论能把...
这个赌徒,连接了物质与信息
这样的想法可能会在设计更高效的热力系统(比如冰箱),甚至是在研发更先进的计算机芯片时派上用场,而后者可能逼近兰道尔原理所决定的基本极限。不过,即便是接受最严格的审视,我们的宇宙法则暂时也还是安全的。发生改变的是我们对于宇宙中信息的理解,还有我们对麦克斯韦妖的欣赏:最初它是一个烦人的悖论,如今却成为一个...
朱嘉明:《量子时代和数字经济2.0 》— 《区块链国富论》推荐语
但是,如果将“麦克斯韦妖”理解为一个典型的“计算”过程,熵减可以实现。作者介绍了孙昌璞院士等撰写的一篇论文《量子信息启发的量子统计和热力学若干问题研究》,提出“麦克斯韦妖”机制和兰道尔原理(Landauer’sprinciple),就是一种普适的元计算机制,如果以太阳作为外源驱动耗散,可以克服量子非定域不确定性,达到熵减。