Termodinamikte entropi ve bilgi teorisi - Entropy in thermodynamics and information theory

Termodinamik için matematiksel ifadeler entropi içinde istatistiki termodinamik tarafından kurulan formülasyon Ludwig Boltzmann ve J. Willard Gibbs 1870'lerde benzer bilgiler entropi tarafından Claude Shannon ve Ralph Hartley 1940'larda geliştirilen.

Tanımlayıcı ifadelerin form denkliği

1870'lerde Ludwig Boltzmann ve J. Willard Gibbs tarafından kurulan istatistiksel mekanik teorisinde entropi için tanımlayıcı ifade şu şekildedir:

${\displaystyle S=-k_{\text{B}}\sum _{i}p_{i}\ln p_{i},}$

burada olasılığıdır mikro durum i , bir denge topluluk alınan. ${\displaystyle p_{i}}$

1948'de Claude E. Shannon tarafından kurulan bilgi teorisinde entropi için tanımlayıcı ifade şu şekildedir:

${\displaystyle H=-\sum _{i}p_{i}\log _{b}p_{i},}$

burada mesaj olasılığıdır mesajı alan alınan M ve b olan baz ve logaritması kullanılır. b'nin ortak değerleri 2, Euler sayısı e ve 10'dur ve entropinin birimi b  = 2 için shannon (veya bit ) , b  =  e için nat ve b  = 10 için hartley'dir . ${\displaystyle p_{i}}$${\displaystyle m_{i}}$

Matematiksel H , belirli bir mesaj olasılığı ile ortaya çıktığında, çünkü, aynı zamanda, mesajı alan üzerine alınan ortalama bilgi olarak görülebilir p _i , enformasyon miktarını -log ( s _ı ) (denilen bilgi içeriği ya da kendi kendini bilgileri) elde edilecektir.

Tüm mikro-durumlar eşit olasılığa sahipse ( mikrokanonik bir topluluk ), istatistiksel termodinamik entropi, Boltzmann tarafından verilen forma indirgenir,

${\displaystyle S=k_{\text{B}}\ln W,}$

burada W , makroskopik termodinamik duruma karşılık gelen mikro durumların sayısıdır . Bu nedenle S sıcaklığa bağlıdır.

Tüm mesajlar eş olasılıklıysa, bilgi entropisi Hartley entropisine indirgenir.

${\displaystyle H=\log _{b}|M|\ ,}$

nerede olduğunu kardinalite mesajı alan bir M . ${\görüntüleme stili |M|}$

Termodinamik tanımdaki logaritma , doğal logaritmadır . O gösterilebilir Gibbs entropi formülü, doğal logaritması ile, makroskopik tüm özellikleri üretir klasik termodinamik arasında Rudolf Clausius . (Bakınız: Entropi (istatistiksel görünümler) ).

Logaritma da bilgi entropi durumunda doğal üssüne alınabilir. Bu, bilgiyi normal bitler (veya daha resmi olarak shannonlar) yerine nats cinsinden ölçmeyi seçmeye eşdeğerdir. Pratikte, bilgi entropisi neredeyse her zaman 2 tabanlı logaritmalar kullanılarak hesaplanır, ancak bu ayrım, birimlerdeki bir değişiklikten başka bir şey ifade etmez. Bir nat yaklaşık 1.44 shannon'dur.

Yalnızca hacim işi yapabilen basit bir sıkıştırılabilir sistem için termodinamiğin birinci yasası şöyle olur:

${\görüntüleme stili dE=-pdV+TdS.}$

Ancak bu denklem, fizikçilerin ve kimyacıların bazen "indirgenmiş" veya boyutsuz entropi olarak adlandırdıkları, σ = S / k terimleriyle de aynı şekilde yazılabilir .

${\displaystyle dE=-pdV+k_{\text{B}}Td\sigma .}$

S'nin T'ye eşleniği olması gibi , σ da k _B T'ye eşleniktir ( moleküler ölçekte T'nin karakteristiği olan enerji ).

Bu nedenle, istatistiksel mekanikte ( Gibbs entropi formülü ) ve klasik termodinamikte ( ve temel termodinamik ilişki ) entropinin tanımları , mikrokanonik topluluk için eşdeğerdir ve kanonik topluluk gibi bir rezervuarla dengede olan bir termodinamik sistemi tanımlayan istatistiksel topluluklar. , büyük kanonik topluluk , izotermal-izobarik topluluk . Bu denklik genellikle ders kitaplarında gösterilir. Bununla birlikte, entropinin termodinamik tanımı ile Gibbs entropisi arasındaki eşdeğerlik genel değildir, bunun yerine genelleştirilmiş Boltzmann dağılımının özel bir özelliğidir . ${\displaystyle S=-k_{\mathrm {B} }\sum _{i}p_{i}\log p_{i}}$${\displaystyle dS={\frac {\delta Q_{\text{rev}}}}{T}}}$

teorik ilişki

Yukarıdakilere rağmen, iki miktar arasında bir fark vardır. Bilgi entropi Η için hesaplanabilir bir olasılık dağılımı ( "mesaj" olayı olduğunu olarak alınır ise i olasılığı vardı p _i olayların olası alanı üzerinden, meydana gelen) ise, termodinamik entropi S termodinamik değinmektedir olasılıklar p _i özellikle. Fark, gerçek olmaktan çok teoriktir, çünkü herhangi bir olasılık dağılımı, bazı termodinamik sistemler tarafından keyfi olarak yakından tahmin edilebilir.

Ayrıca, ikisi arasında doğrudan bir bağlantı kurulabilir. Söz konusu olasılıklar, termodinamik olasılıklar p _{i ise} : (indirgenmiş) Gibbs entropisi σ , makroskopik tanımı verilen sistemin ayrıntılı mikroskobik durumunu tanımlamak için gereken Shannon bilgisinin miktarı olarak görülebilir. Veya 1930'da kimyasal entropi hakkında yazan GN Lewis'in sözleriyle , "Entropide kazanç her zaman bilgi kaybı demektir, başka bir şey değil". Daha somut olmak gerekirse, iki tabanlı logaritma kullanan ayrık durumda, indirgenmiş Gibbs entropisi, makro durumu bildiğimize göre, mikro durumu tam olarak belirtmek için yanıtlanması gereken minimum evet-hayır sorularının ortalamasına eşittir. .

Ayrıca, uygun kısıtlamalara tabi Gibbs entropisini maksimize ederek ( Gibbs algoritması ) istatistiksel mekaniğin denge dağılımlarını (Boltzmann dağılımı gibi) bulma reçetesi, termodinamiğe özgü değil, genel alaka ilkesi olarak görülebilir. istatistiksel çıkarımda, ortalamalarında belirli kısıtlamalara tabi olarak, maksimum düzeyde bilgi vermeyen bir olasılık dağılımı bulmak istenirse . (Bu bakış açıları, Maksimum entropi termodinamiği makalesinde daha ayrıntılı olarak incelenmiştir .)

Bilgi teorisindeki Shannon entropisi bazen sembol başına bit birimleriyle ifade edilir. Fiziksel entropi, "kapsamlı" entropi olarak adlandırılan olağan toplam entropi yerine " yoğun " entropi olarak adlandırılan " miktar başına" ( h ) bazında olabilir . Bir mesajın "shannonları" ( Η ) onun toplam "kapsamlı" bilgi entropisidir ve mesajdaki bit sayısının h katıdır.

h ve S arasında doğrudan ve fiziksel olarak gerçek bir ilişki , homojen bir maddenin mol, kilogram, hacim veya parçacığı başına meydana gelen her mikro duruma bir sembol atanarak ve ardından bu sembollerin 'h' değeri hesaplanarak bulunabilir. Teorik veya gözlem yoluyla, semboller (mikro durumlar) farklı olasılıklarla ortaya çıkacak ve bu, h'yi belirleyecektir . Birim maddenin N mol, kilogram, hacim veya partikülü varsa, h (birim madde başına bit olarak) ile nats'taki fiziksel kapsamlı entropi arasındaki ilişki şöyledir:

${\displaystyle S=k_{\mathrm {B} }\ln(2)Nh}$

burada ln(2), Shannon entropisinin 2 tabanından fiziksel entropinin doğal e tabanına dönüştürme faktörüdür. NH entropi ile fiziksel sisteminin durumunu tarif etmek için ihtiyaç duyulan bit bilgi miktarı S . LANDAUER prensibi minimum enerji belirterek bu gerçeği göstermektedir E gerekli (ve dolayısıyla ısı Q, geri dönüşü olmayan silme ya da birleştirme bellek değişikliği ya da mantıksal işlem ideal olarak etkili tarafından oluşturulan) nH olacak bilgilerin bit S katıdır sıcaklığı

${\displaystyle E=Q=Tk_{\mathrm {B} }\ln(2)Nh,}$

burada h bilgi bitlerinde ve E ve Q fiziksel Joule cinsindendir. Bu deneysel olarak doğrulanmıştır.

Sıcaklık, ideal bir gazdaki parçacık başına ortalama kinetik enerjinin bir ölçüsüdür (kelvins = 2/3jul / k _oda J / K böylece birimler) k _B ) boyutsuz (jul / joule. k _b , enerjiden dönüşüm faktörüdür3/2 ideal bir gaz için kelvin'den joule'ye. İdeal bir gazın parçacığı başına kinetik enerji ölçümleri kelvin yerine joule olarak ifade edilseydi, yukarıdaki denklemlerdeki k _b 3/2 ile değiştirilirdi. Bu, S'nin bilgi birimlerinden başka temel bir fiziksel birime sahip olmayan gerçek bir istatistiksel mikro durum ölçüsü olduğunu gösterir, bu durumda nats, sadece logaritma tabanının konvansiyonel olarak seçildiği bir ifadedir.

Bilgi fizikseldir

Szilard'ın motoru

Sadece bilgiye sahip olmanın prensipte termodinamik sonuçlara sahip olabileceğini gösteren fiziksel bir düşünce deneyi , 1929'da Leó Szilárd tarafından ünlü Maxwell'in iblis senaryosunun iyileştirilmesiyle kuruldu .

Maxwell'in düzenini düşünün, ancak bir kutuda yalnızca tek bir gaz parçacığı var. Doğaüstü iblis, parçacığın kutunun hangi yarısında olduğunu biliyorsa (tek bir bilgi bitine eşdeğer), kutunun iki yarısı arasındaki bir kapağı kapatabilir, kutunun boş yarısına rakipsiz bir pistonu kapatabilir ve daha sonra deklanşör tekrar açılırsa joule faydalı iş çıkarın . Parçacık daha sonra orijinal denge dolu hacmine geri izotermal olarak genişlemeye bırakılabilir. Bu nedenle, tam olarak doğru koşullarda, tek bir Shannon bilgisine sahip olmak ( Brillouin'in teriminde tek bir negentropi biti ) gerçekten fiziksel sistemin entropisindeki bir azalmaya karşılık gelir. Küresel entropi azalmaz, ancak bilginin serbest enerji dönüşümüne dönüştürülmesi mümkündür. ${\displaystyle k_{\text{B}}T\ln 2}$

Bir bilgisayara bağlı yüksek hızlı bir kamera ile donatılmış bir faz kontrast mikroskobu kullanılarak , iblis gibi, prensip aslında gösterilmiştir. Bu deneyde, bilgiden enerjiye dönüşüm, geri besleme kontrolü vasıtasıyla bir Brown parçacığı üzerinde gerçekleştirilir ; yani, parçacığa verilen işi, konumundan elde edilen bilgilerle senkronize etmek. Farklı geri besleme protokolleri için enerji dengelerini hesaplamak, Jarzynski eşitliğinin geri beslemede yer alan bilgi miktarını hesaba katan bir genelleme gerektirdiğini doğruladı .

Landauer ilkesi

Aslında şu genelleme yapılabilir: Fiziksel bir temsili olan herhangi bir bilgi, bir şekilde fiziksel bir sistemin istatistiksel mekanik serbestlik derecelerine gömülmelidir.

Bu nedenle, Rolf Landauer 1961'de, eğer bir kişi bu serbestlik dereceleriyle termalleştirilmiş bir durumda başlamayı hayal edecek olsaydı, daha sonra bilinen bir duruma yeniden ayarlanırsa termodinamik entropide gerçek bir azalma olacağını savundu. Bu, ancak belirsizlik bir şekilde başka bir yere atılırsa, yani ortamın entropisi (veya bilgi taşımayan serbestlik dereceleri) gerektiği gibi en azından eşdeğer bir miktarda artırılırsa, bilgiyi koruyan mikroskobik deterministik dinamikler altında başarılabilir. İkinci Yasa ile, uygun miktarda ısı kazanarak: özellikle  her 1 bit rastgelelik için kT ln 2 ısı silinir.

Öte yandan, Landauer, sistemde fiziksel olarak tersinir bir şekilde potansiyel olarak elde edilen mantıksal olarak tersinir bir işlemin termodinamik bir itirazı olmadığını savundu. Karşılık gelen bir entropi artışının eşlik etmesi gereken, yalnızca mantıksal olarak geri döndürülemez işlemlerdir - örneğin, bilinen bir duruma bir bitin silinmesi veya iki hesaplama yolunun birleştirilmesi -. Bilgi fiziksel olduğunda, temsillerinin tüm işlenmesi, yani üretim, kodlama, iletim, kod çözme ve yorumlama, serbest enerji tüketimiyle entropinin arttığı doğal süreçlerdir.

Maxwell'in iblis/Szilard motoru senaryosuna uygulandığında, bu, parçacığın durumunu entropi maliyeti olmadan bir hesaplama aygıtına "okumanın" mümkün olabileceğini düşündürür; ancak yalnızca bir cihaz bugün olup olmadığını SET yerine bir belirsizlik thermalised halde olmak yerine, bilinen bir duruma. İçin SET (veya RESET ) Szilárd en parçacık durumunu bilerek kaydedilebilir tüm entropi mal olacak, bu duruma aparat.

negentropi

Shannon entropisi, fizikçi Léon Brillouin tarafından bazen negentropi olarak adlandırılan bir kavramla ilişkilendirilmiştir . 1953'te Brillouin, bir bilgi bit değerinin değiştirilmesinin en az kT  ln(2) enerjisi gerektirdiğini belirten genel bir denklem türetmiştir . Bu, idealist durumda Leo Szilard'ın motorunun ürettiği iş ile aynı enerjidir ve bu da Landauer tarafından bulunan aynı miktara eşittir . Kitabında, herhangi bir bit değerindeki değişikliğin (ölçüm, evet/hayır sorusuna karar verme, silme, görüntüleme, vb.) aynı miktarda, kT  ln(2), enerji gerektireceği sonucuna vararak bu sorunu daha da araştırdı. . Sonuç olarak, bir sistemin mikro durumları hakkında bilgi edinmek, bir entropi üretimi ile ilişkilendirilirken, silme işlemi yalnızca bit değeri değiştiğinde entropi üretimi sağlar. Orijinal olarak termal dengede olan bir alt sistemde biraz bilgi ayarlamak, yerel bir entropi azalmasına neden olur. Bununla birlikte, Brillouin'e göre termodinamiğin ikinci yasasının ihlali yoktur, çünkü herhangi bir yerel sistemin termodinamik entropisindeki bir azalma, başka bir yerde termodinamik entropide bir artışa neden olur. Brillouin bu şekilde, daha erken anlaşılması Carnot verimini birden fazla verebileceği için tartışmalı olarak kabul edilen negentropinin anlamını açıklığa kavuşturmuştur. Ek olarak, Brillouin tarafından formüle edilen enerji ve bilgi arasındaki ilişki, beynin işlediği bit miktarı ile tükettiği enerji arasında bir bağlantı olarak önerilmiştir: Collell ve Fauquet, De Castro'nun Landauer sınırını analitik olarak termodinamik alt sınır olarak bulduğunu savundu. beyin hesaplamaları Bununla birlikte, evrimin enerjik olarak en verimli süreçleri "seçtiği" farz edilse de, fiziksel alt sınırlar beyindeki gerçekçi miktarlar değildir. Birincisi, fizikte düşünülen minimum işlem birimi, beynin gerçek işleyişinden uzak olan atom/molekül olduğu için; ve ikincisi, sinir ağları, verimliliklerini büyük ölçüde azaltan önemli artıklık ve gürültü faktörlerini içerdiğinden. Laughlin ve ark. duyusal bilgiyi işlemenin enerjik maliyeti için açık miktarlar sağlayan ilk kişiydi. Blowfly'lar Bunların sonuçları görsel duyusal veriler için, bilgi bir bit iletme maliyeti yaklaşık 5 x 10 olduğunu ortaya koydu ^-14 Joule veya eşdeğer 10 ⁴ ATP molekülleri. Bu nedenle, sinirsel işlem verimliliği, Landauer'in kTln(2) J sınırından hala uzaktır, ancak ilginç bir gerçek olarak, hala modern bilgisayarlardan çok daha verimlidir.

2009'da Mahulikar ve Herwig, termodinamik negentropiyi dinamik olarak sıralanmış alt sistemin çevresine göre özgül entropi açığı olarak yeniden tanımladılar. Bu tanım , termodinamiğin 2. Yasasından çıktığı matematiksel olarak gösterilen Negentropi İlkesi'nin düzen varlığı sırasında formüle edilmesini sağlamıştır .

Kara delikler

Stephen Hawking , bilgi içeriği açısından kara deliklerin termodinamik entropisinden sık sık söz etti . Kara delikler bilgiyi yok eder mi? Bir kara deliğin entropisi ile bilgi kaybı arasında derin ilişkiler olduğu görülüyor . Bkz. Kara delik termodinamiği ve Kara delik bilgi paradoksu .

Kuantum teorisi

Hirschman gösterdi, bkz. Hirschman belirsizliği , Heisenberg'in belirsizlik ilkesi , bir kuantum mekanik durumunun kuantum gözlemlenebilir olasılık dağılımlarının klasik dağılım entropilerinin toplamı , dalga fonksiyonunun karesi, koordinatta ve ayrıca momentum uzayı üzerinde belirli bir alt sınır olarak ifade edilebilir. , Planck birimleriyle ifade edildiğinde . Ortaya çıkan eşitsizlikler, Heisenberg'in belirsizlik ilişkileri üzerinde daha sıkı bir sınır sağlar.

Bir " ortak entropi " atamak anlamlıdır , çünkü konumlar ve momentumlar kuantum eşlenik değişkenlerdir ve bu nedenle birlikte gözlemlenemezler. Matematiksel olarak, ortak dağılım olarak ele alınmaları gerekir . Bu ortak entropinin Von Neumann entropisi , −Tr ρ ln ρ = −⟨ln ρ ⟩ ile eşdeğer olmadığına dikkat edin. Hirschman'ın entropisinin, kuantum durumlarının bir karışımının tam bilgi içeriğini açıkladığı söylenir .

(Kuantum bilgi bakış açısından Von Neumann entropisinden memnuniyetsizlik, kuantum mekaniksel durumların doğal belirsizliğini yansıtan yine farklı bir entropi tanımı getiren Stotland, Pomeransky, Bachmat ve Cohen tarafından ifade edilmiştir. saf hallerin minimum belirsizlik entropisi ve karışımların aşırı istatistiksel entropisi.)

dalgalanma teoremi

Dalgalanma teoremi matematiksel gerekçe sunması termodinamiğin ikinci yasasına bu ilkelerle ve tam uzakta termodinamik dengeden sistemler için bu kanunun uygulanabilirliği sınırlamaları tanımlar.

eleştiri

Termodinamik entropi ile bilgi entropisi arasındaki bağlantıya yönelik eleştiriler var.

En yaygın eleştiri, bilgi entropisi disiplininde sıcaklık, enerji veya ikinci yasa kavramı olmadığı için bilgi entropisinin termodinamik entropi ile ilişkilendirilemeyeceğidir. Bu en iyi termodinamiğin temel denklemi dikkate alınarak tartışılabilir :

${\displaystyle dU=\sum F_{i}\,dx_{i}}$

nerede F _i olan "genelleştirilmiş kuvvetler" ve dx _i "genelleştirilmiş yer değiştirmeler" dir. Bu, dE = F dx mekanik denklemine benzer; burada dE , F kuvvetinin etkisi altında dx mesafesi kadar yer değiştiren bir nesnenin kinetik enerjisindeki değişikliktir . Örneğin, basit bir gaz için elimizde:

${\görüntüleme stili dU=TdS-PdV+\mu dN}$

burada sıcaklık ( T ), basınç ( P ) ve kimyasal potansiyel ( μ ) genelleştirilmiş kuvvetlerdir ve bu, dengesiz olduğunda sırasıyla entropi ( S ), hacim ( -V ) ve miktar ( N ) genelleştirilmiş bir yer değiştirme ile sonuçlanır ve kuvvetlerin ve yer değiştirmelerin ürünleri , gazın iç enerjisindeki ( dU ) değişimi verir .

Mekanik örnekte, yer değiştirme, kuvvet ve enerji arasındaki dinamik ilişkiyi yok saydığı için dx'in geometrik bir yer değiştirme olmadığını söylemek doğru değildir. Yer değiştirme, geometride bir kavram olarak, tanımı için enerji ve kuvvet kavramlarını gerektirmez ve dolayısıyla entropinin tanımı için enerji ve sıcaklık kavramlarını gerektirmeyeceği beklenebilir. Ancak durum o kadar basit değil. Termodinamiğin tamamen deneysel veya ölçüm açısından incelenmesi olan klasik termodinamikte, termodinamik entropi ancak enerji ve sıcaklık dikkate alınarak ölçülebilir. Clausius'un ifadesi dS= δQ/T veya eşdeğer olarak, diğer tüm etkin yer değiştirmeler sıfır olduğunda, dS=dU/T , termodinamik entropiyi gerçekten ölçmenin tek yoludur. Entropinin sıcaklık ve enerjiden ayrı olarak ele alınabilmesi , ancak istatistiksel mekaniğin tanıtılmasıyla, bir termodinamik sistemin bir parçacıklar topluluğundan oluştuğu ve klasik termodinamiği olasılık dağılımları açısından açıklayan bakış açısıyla olmuştur. Bu, Boltzmann'ın ünlü entropi formülü S=k _B ln(W) ile ifade edilir . Burada k _B , Boltzmann sabitidir ve W , belirli bir termodinamik durumu veya makro durumu veren eşit derecede olası mikro durumların sayısıdır.

Boltzmann denkleminin termodinamik entropi S ile bilgi entropisi H = −Σi pi ln pi = ln(W) arasında bir bağlantı sağladığı varsayılır, burada p _i =1/W belirli bir mikrodurumun eşit olasılıklarıdır. Bu yorum da eleştirilmiştir. Bazıları denklemin sadece termodinamik ve bilgi entropisi arasındaki bir birim dönüşüm denklemi olduğunu söylese de, bu tamamen doğru değil. Bir birim dönüştürme denklemi, örneğin, inçleri santimetre olarak değiştirir ve aynı fiziksel niceliğin (uzunluk) farklı birimlerinde iki ölçüm verir. Termodinamik ve bilgi entropisi boyutsal olarak eşit olmadığından (enerji/birim sıcaklık vs bilgi birimleri), Boltzmann denklemi daha çok x = ct'ye benzer; burada x , bir ışık huzmesinin t zamanında kat ettiği mesafedir , c ışık hızıdır. x uzunluğunun ve t süresinin aynı fiziksel niceliği temsil ettiğini söyleyemesek de, bir ışık demeti durumunda c evrensel bir sabit olduğundan, birbirlerinin mükemmel doğru ölçümlerini sağlayacaklarını söyleyebiliriz . (Örneğin, ışık yılı mesafe ölçüsü olarak kullanılır). Benzer şekilde Boltzmann denklemi durumunda, termodinamik entropi S ile bilgi entropisi H'nin aynı fiziksel niceliği temsil ettiğini söyleyemesek de, bir termodinamik sistem söz konusu olduğunda, k _B evrensel bir sabit olduğundan, bunların aynı fiziksel niceliği temsil ettiğini söyleyebiliriz. birbirlerinin mükemmel doğru ölçümlerini sağlar.

O zaman soru, ln(W)' nin bir bilgi-teorik nicelik olup olmadığıdır . Bit olarak ölçülürse, makro durum veriliyken, mikro durumu belirlemek için sorulması gereken minimum evet/hayır sorularının ortalamasını temsil ettiği söylenebilir, bu açıkça bir bilgi-teorik kavramdır. İtiraz edenler, böyle bir sürecin tamamen kavramsal olduğuna ve entropi ölçümü ile hiçbir ilgisi olmadığına işaret ediyor. Yine, istatistiksel mekaniğin tamamı tamamen kavramsaldır ve yalnızca termodinamiğin "saf" biliminin bir açıklamasını sağlamaya hizmet eder.

Nihayetinde, termodinamik entropi ile bilgi entropisi arasındaki bağlantının eleştirisi, özden ziyade bir terminoloji meselesidir. Tartışmanın her iki tarafı da belirli bir termodinamik veya bilgi-teorik problemin çözümü konusunda hemfikir olmayacaktır.

Son araştırma konuları

Bilgi nicelleştirilmiş mi?

1995'te Tim Palmer , Shannon'ın kuantum mekaniğine uygulanamaz hale getirebilecek bilgi tanımı hakkında iki yazılı olmayan varsayımın sinyalini verdi :

• Gözlem başlamadan önce gözlemlenebilir bir durum (örneğin bir zarın veya madeni paranın üst yüzü) gibi bir şeyin olduğu varsayımı
• Bu durumu bilmenin gözlemlerin yapıldığı sıraya bağlı olmadığı gerçeği ( değişebilirlik )

Anton Zeilinger'in ve Caslav Brukner'in makalesi bu görüşleri sentezledi ve geliştirdi. Sözde Zeilinger ilkesi , QM'de gözlemlenen nicelemenin bilgi nicelemeye bağlı olabileceğini öne sürer (bir bitten daha az gözlemlenemez ve gözlemlenmeyen şey tanım gereği "rastgele"dir). Bununla birlikte, bu iddialar oldukça tartışmalıdır. Shannon bilgisinin kuantum mekaniğindeki uygulanabilirliği hakkında ayrıntılı tartışmalar ve Zeilinger ilkesinin nicelemeyi açıklayamayacağına dair bir argüman yayınlandı, bu da Brukner ve Zeilinger'in makalelerindeki hesaplamanın ortasında, ihtiyaç duyulan olasılıkların sayısal değerlerini değiştirdiğini gösteriyor. Shannon entropisini hesaplamak için, böylece hesaplama pek mantıklı olmaz.

Bir Szilárd motorunda kuantum bilgisinden iş çıkarma

2013 yılında , tamamen kuantum bilgisinden iş üretmek için Quantum discord kullanan bir Szilárd motorunun iki atom versiyonunun bir açıklaması yayınlandı . Alt sıcaklık limitinde iyileştirmeler önerildi.

algoritmik soğutma

Algoritmik soğutma , bazı kübitlerden diğerlerine veya sistemin dışına ve çevreye ısı (veya entropi) aktarmak için algoritmik bir yöntemdir ve böylece bir soğutma etkisi yaratır. Bu soğutma etkisi, kuantum hesaplama için soğuk (yüksek derecede saf) kübitlerin başlatılmasında ve nükleer manyetik rezonansta belirli dönüşlerin polarizasyonunu arttırmada kullanımlara sahip olabilir .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Ek referanslar

Dış bağlantılar

• Bilgi İşleme ve Termodinamik Entropi Stanford Felsefe Ansiklopedisi.
• Bilimin Çeşitli Sektörlerinde Ortaya Çıkan Entropi Kavramına Yönelik Sezgisel Bir Kılavuz — entropi kavramının yorumlanması üzerine bir wikibook.