In einer bahnbrechenden Entdeckung haben Forscher der Technischen Universität Wien (TU Wien) ein grundlegendes Prinzip der Quantenphysik bestätigt: Das Löschen von Informationen erfordert immer Energie. Diese in Österreich veröffentlichte Erkenntnis beleuchtet die komplizierte Beziehung zwischen Information und Energie mit potenziellen Auswirkungen auf zukünftige Quantentechnologien.
Die Forschung unter der Leitung von Professor Jörg Schmiedmayer konzentrierte sich auf das Landauer-Prinzip, das besagt, dass das Löschen von Informationen nie kostenlos ist. Dieses Prinzip hat erhebliche Auswirkungen auf Quantencomputer und setzt grundlegende Grenzen für die Informationsverarbeitung auf der Grundlage der Quantenphysik. Das Team verwendete ultrakalte Atomwolken, um dieses Phänomen zu untersuchen.
„Das sogenannte Landauer-Prinzip besagt, dass das Löschen von Informationen nie kostenlos ist“, sagt Professor Jörg Schmiedmayer vom Atominstitut der TU Wien. „Egal wie man Informationen speichert, egal wie sparsam und effizient man vorgeht – das Löschen eines Bits führt immer zu mindestens einer gewissen Zunahme der Entropie und damit auch zu einem Energieverlust.“ Dieses Prinzip spielt eine wichtige Rolle für Quantencomputer und setzt grundlegende Grenzen für die Informationsverarbeitung auf der Grundlage der Quantenphysik.
Das Team kühlte Tausende von Rubidiumatomen ab und fing sie auf einem Atom-Chip ein. Durch sorgfältiges Messen der Interferenz zwischen zwei Atomwolken konnten sie bestimmen, wie Informationen verloren gehen und Entropie übertragen wird. Dies ermöglichte es ihnen zu bestätigen, dass das Landauer-Prinzip auch in komplexen Quantensystemen mit vielen Teilchen gilt.
„Dies ist eine wichtige Bestätigung, dass Informationen und Quantenphysik tatsächlich auf so aufregende und tiefgreifende Weise miteinander verbunden sind, wie Rolf Landauer dachte“, sagt Jörg Schmiedmayer. „Dies bringt uns ein besseres Verständnis zukünftiger Quantentechnologien – und es bringt uns auch näher an ein Verständnis der grundlegenden Fragen der Quantenphysik, insbesondere in Bezug auf den immer noch mysteriösen Messprozess und das Verhalten von Vielteilchensystemen.“