Фізики запустили «інформаційний» двигун — біти та байти стали «паливом»

На думку редакції авторитетного видання Physical Review Letters, найяскравішим дослідженням року стала розробка так званого інформаційного двигуна, паливом для якого буквально стала інформація. Прототип двигуна виконував роботу виключно завдяки розрахункам, не витрачаючи на неї будь-якої енергії. На жаль, це відкриття працює лише у мікросвіті.

Всі ми знаємо про таке явище, як тепловий шум. У звичайному стані теплові коливання мають випадковий характер і не можуть робити корисну роботу. Виправити ситуацію можна за допомогою зворотного зв’язку — інформації, яка могла б відсікати коливання, що «гальмують», і фіксувати «робітники». Тоді щоразу двигун робив би тільки корисну роботу, не витрачаючи на неї енергію у вигляді палива. Роль палива в такій системі грала б інформація — це система визначення досконалої роботи та зворотний зв’язок, що управляє двигуном.

Група фізиків з Університету Саймона Фрейзера в Бернабі (Британська Колумбія) та Інституту фундаментальних питань (FQXi) провела експеримент, в якому скляна бусинка розміром з бактерію рухалася в заданому напрямку за допомогою теплового шуму та інформації про її становище. Намистинку помістили у воду і зловили в лазерну пастку. Теплові коливання молекул води штовхали намистинку у всіх можливих напрямах, але завдяки вимірюванням її положення у воді та зворотного зв’язку оптична пастка переміщалася у просторі тільки тоді (і утримувала намистинку на новому рівні), коли рух йшов у потрібному напрямку.

Вчені відзначають, що точність визначення положення намистинки у просторі залишала бажати кращого і, тим самим, робота «інформаційним» двигуном робота була мала. Підвищити ККД двигуна вдалося після включення до алгоритму так званої «баєсівський оцінки рішення» — статистичного методу, який багато в чому прогнозував нове положення намистинки, чим його вимірював.

Фактично «паливом» такого двигуна виступала лише інформація про приблизне положення намистинки, отримана за допомогою вимірювання, алгоритм розрахунку, який зменшував похибку вимірювань та механізм зворотного зв’язку, який фіксував намистинку (виконану роботу) на новому рівні. Процес виконання роботи виконувався тепловим шумом. Можна сказати безплатно. Тепер вчені думають над експериментами, як зробити подібну роботу з інших джерел шуму. Якщо все вийде, можна буде отримувати енергію з джерел, про які світ поки що не мріяв.