情報はエネルギーである――量子コンピュータの未来を左右する新事実

本研究は、量子の世界でも情報を消去するという操作は明確にエネルギー散逸を伴うことを改めて示し、情報理論と熱力学、そして量子物理学の密接な関係を実証したものです。
一般に私たちは情報を単なるデジタルデータとして捉えがちですが、量子レベルでは、情報とは原子や粒子がどのような配置や動きをしているかを記録した「物理的な状態そのもの」です。
つまり、情報を消すという行為は、この物理的状態に込められた情報が消えることを意味し、それは必ず環境へとエネルギーが逃げ出していくことを伴います。
この結果は、「情報の消失」が単なる記録の消去にとどまらず、必然的に系からエネルギーが失われてしまう物理現象だということを示しています。
これにより情報がもはや抽象的な概念にとどまらず、「エネルギー」という実体と密接に結びついていることが改めて浮かび上がりました。(※情報=エネルギーという短絡的なものではなく情報とエネルギーの切り離せなさが確実になったということです。)
この発見は、将来的に量子コンピュータが発展し、より高密度で微細なシステムが作られていく際に重要な制約として考慮しなければならないポイントとなります。
なぜなら情報を消すたびに必ず発生するこの小さなエネルギーの積み重ねが、最終的にはシステム全体の性能やエネルギー効率に大きく影響する可能性があるからです。
さらに、この研究で用いられた実験手法や考え方は、これまで理論でしか議論できなかった量子世界の不思議さを準粒子という直感的モデルで説明可能であることも示しました。
これにより、量子もつれや熱の不可逆性といった難解な現象を視覚化しながら理解する道が開け、量子物理学をより深く理解する助けになると期待されます。
情報の物理的側面に光を当てた本研究は、量子情報科学と熱力学の融合という新たな学際領域の発展に大きく寄与する画期的な一歩と言えるでしょう。
情報という言葉をもっとしっくりくる言葉に置き換える必要があるのでは?
それは私もよく思うのだけど……ある種の方言のような、「うちらにとってはこれが情報なんですよ」というコンセンサスがまず存在するんですども、それはようするにつまりはこういうことなんです
→ある野球チームが次の試合で勝つか負けるか賭けるとき、もしあなたが何の情報も持っていなければ、それは完全に五分の博打になるはずです。その一方、もしもあなたがこのチームについて何か知っていれば、その分布は4:6や2:8に変化しうる。
⇒情報とは確率分布の偏りとして観測可能な物理量だろう。
この確率分布の偏りに注目する発想に示量性の要件を足すと情報は情報エントロピーとして定式化することができます。これは統計力学にでてくるエントロピーと式の上では同じものになります。
ちなみに本文で書いてある「すべての原子が同じ動き」とは、ここでいう「野球の博打が『完全に五分』」という状況に相当します。
元の疑問に戻りますと……たしかに定式化こそできたものの、ちょっといわゆる情報とは違うくね?ということは、いわゆる院生レベルではいわゆる「あるある」トークでした。で、私はその先の世界を知らないので、博士とか、ガチモンの研究者の人たちがどんな肌感なのかは分かりません。有識者のコメントが待たれますね!
ありがとうございます。
情報理論とか見てみたら?半世紀前からちゃんと定義されてるよ
情報とか言われると何だかわからなくなるけど、電池を放っておくと電荷を失う現象の量子版みたいな感じだろうか
デジタルデータを消すって(一般的な簡易消去)インデックスデータを全て0にするってことだよね?(2進法)だから消すというか上書いていると思うんだけど…
多分現実世界では、上書きはプリミティブな操作ではなく、
今の状態に応じて分岐する複雑な操作な気がします。
例えば電子の有無で0/1を表している場合、
一律電子を奪ってしまうと0→-1,1→0になってしまうので、
もともと0だったら何もしない、1だったら電子を奪う、みたいな。
まるでブラックホールの情報問題みたいですね!
この界隈では”情報”の定義が曖昧だ
原子の雲の状態を情報といったり、電子のスピン方向を情報と言ったり
それら総括して「量子情報」と呼んでしまっていいのか
それを言うならテンソルネットワーク状態と類似性があるニューラルネットの重み行列も同じ情報なのか
情報の定義が曖昧なのに同意します。
この場合は、情報の記録と言うべきでは無いか?と愚考します。
変化や変異、変位によって情報を記録しているのだから、言葉の定義がしっかりしないとおかしくならないか?
ですね。
︎︎"︎︎消す︎︎"︎︎と"︎︎上書きする"︎︎の違いがわからぬ
この場合の消すとは、情報を保存出来る場所では無くすということ?
実際、そういう事実があって説明がなされている論文などがあるとしても
それを説得力のある形で紹介するとなれば、それも論文になるレベルなのでしょう
情報がエネルギーになるなら、エネルギーが情報を生むのか
情報がすでにあるならエネルギーに変換されるとしても、そのエネルギーは情報に戻る?
システム全体で、情報とエネルギーの総和はどうなってるのっていう
時間と空間が切っても切り離せないという事実は、アインシュタインテンソルなどから数式的にも裏付けられる
ということと同様に、数式で証明できてるんでしょうかね
言葉だけで、『情報とは原子や粒子がどのような配置や動きをしているかを記録した「物理的な状態そのもの」』といわれても、それがなぜ?と言う疑問
だから情報がエネルギーになるといわれても、言葉で言い切られてますねと
解釈するしかない気がするのですが
これも、説明すれば論文レベルなのかもというか
情報の本質はその物質の状態が他の物質との間に持つ相関でありその強さ
ただ複雑なだけでは情報量が大きいとは言えないその複雑さが他の何かと相関してないと意味がない
最も、人間が何かを複雑だと認識してる時点でその複雑な状態と人間や道具の間に相関が作られてるから情報を持つ訳だけど
そういやマクスウェルの悪魔のパラドックスも
「情報の消去」によって解決されてましたね
>この界隈では”情報”の定義が曖昧だ
原子の雲の状態を情報といったり、電子のスピン方向を情報と言ったり
それら総括して「量子情報」と呼んでしまっていいのか
情報は情報
0と1が明確に区別できるなら何でも情報で
情報をリセットすればどんな方法で情報を保持しているかに関わらず
情報量に対応した量の熱が発生する
発生しなかったら多分リセットできてなくてどうにかすれば復元可能
コンピューターで言う情報というより、各原子が持っている「状態」に近いと思うぞ。だから情報を消すとは、エントロピーの低い状態にするということだから、主に熱エネルギーとして放出されるってことだよな。
確かに物理的な状態を特徴づける物理量は情報であるのだから、量子の持つ状態に落とし込んでしまえば、そうなるのは当たり前だろう。情報を変化させるにはエネルギーが必要であると言っているに過ぎない。
個々のドット自体の状態(情報)とドットの集団全体が表している文字の情報の関係性の物理的側面だけを議論したらそうなるに決まってる。
準粒子の概念を用いたのが重要なポイントだろう。
情報の階層性に触れてるからだ。
個々の量子の状態と量子の集団が持つ状態の関係性を、情報の階層性として解釈してしまってる。
情報の上の階層に行くと、情報自体は物理的状態に帰着出来なくなる。知的生命体が扱ってるような情報それ自体のはなしではない。そういう意味での「情報」については、全く何も述べていない内容の研究だ。
この研究の結果は、情報を変化せたり消失させるには物理的な変化が必要と言ってるだけなので、不思議なことは何もない。
「情報とエネルギーの切り離せなさが確実になったということです」
っていうけど、この文章を読んだ限り、その詳細な説明がないきがするんですよ
情報を何と定義してどう解釈すると、エネルギーとの関係性がどう表れて
その意味は何なのかということ
説得力のある説明はなしてませんよね
気にはなって2度見したわけですが、単なる捉え方の紹介と、その結果も紹介のみで
今後の解明に期待
とか、言ってるだけに見えるんで逆に気になるんですよ
量子の世界で情報を削除すると「情報を持っている部分」から必ずエネルギーが失われ、環境に逃げていくことが実験的に測定・実証されました。
って、どんな実験で何を測定して、なぜ実証とできたかが全くない訳で
すごく気になってるんですよ
そういう文章が、こういうところで求められ、カウント数が上がる仕組みにあるということか
情報=エネルギーであるのなら、情報で発電できるのか?
そういう発電所を造れたら理論を(理解できなくても)信じることはできるが。
情報科学では、情報は状態とは異なる概念ですね。明日の天気は晴れか、曇りか、雨か、正確には分からないが3択である、というのが明日の天気の状態で、明日は雨ではないでしょう、という天気予報が情報です。情報は状態を絞り込みます。先の例では、状態が3択から2択になりました。しかし、情報は状態そのものではありません。また、状態はとても主観的なもので、何をどう観測するかで変化します。先の例でも2択で良い人と良くない人がいるでしょう。が、精度はともかくとして明日の天気の状態が絞り込めているところは確かだ、ということがここでは大切です。
さて、量子情報も同じような性質を持つのであれば、状態そのものを素朴に観測しても意味がないのでしょう。たまたま自発的に状態が変わったのか、情報の出入りや観測によって状態が変わったのか区別がつきませんから。おそらく、この情報の出入りを自発的な状態の変化からうまいこと分離したものが本文で紹介されている準粒子なのだと予想します。が、どのように分離したのか(なにがしかの主観的なワクを設定したという話はありますが)、何故それを状態ではなく情報であるとみなせるのか、の説明がなされるべきところで、唐突に準粒子の概念の説明が入りそこで力尽きてしまっているようにみえます。
なので、この準粒子とエネルギーの関係が分からない。乱雑な状態が環境に広がって薄まっていく、それと同時にエネルギーも移動する、というだけなら、いくら量子の世界でもあまりにも当たり前と思えますし。
本来の意味での情報は”その存在との相関状態”を持った、実態ある何か、または実態の無い何か
だと理解している。
「情報量」になると、Aが0.9、Bが0.05みたいに情報を得たとは言えないけど把握できそうな情報の加減みたいになる。
「量子情報量」になると、確率𝒑𝒊で純粋状態|𝚿𝒊⟩を吐き出すスロットマシーンの出力結果またはそれを見るまでの保存状態
と理解している。
情報で言うなら、脳のネットワーク処理中に生まれる世界モデルの映像的予測は、現実世界と相関をある程度持つ流動的な情報と言える。
単なる記録ではない。
ちなみに紙の上に書いた文字は、リアルタイム性はないけど、現実世界と相関を持つ情報の一種だが、単なる記録ともいえる。
無線で音声に変換する前の、波の状態は情報だろうか?
波そのものは状態だが、波全体が持っているバイナリまたは振幅は情報といえるだろう。
もっと言うと、天気そのものは状態だけど
それを観測した雨雲レーダー反射強度や、画像に変換したもの、または雲を収めた写真は情報だよね?
と自分は理解している。
ただ量子とか物理系の情報や、(統計確率を応用した)プログラムでの情報はまた違った意味なんだろうね。