Information et thermodynamique: vérification expérimentale du principe de Landauer

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L’information est une grandeur physique, manipuler des bits d’informations demande de l’énergie. Une équipe de physiciens vient de vérifier que le minimum d’énergie nécessaire pour effacer un bit est bien celui du principe de Landauer.
En 1961, Rolf Landauer a énoncé le principe selon lequel toute transformation logique irréversible, telle que la suppression d'un bit informatique, dégage de l'énergie, augmentant l'entropie. Un minimum chiffré par Landauer à kT.ln2, (k  la constante de Boltzmann et T la température du système), et utilisé ultérieurement pour expliquer le paradoxe du démon de Maxwell.
A 25°C, cette énergie vaut 0,0178 électron-volt (environ 10-21 joule).
Il aura fallu cinquante ans pour le vérifier. C’est ce que vient de faire un groupe du laboratoire de physique de l'Ecole Normale Supérieure de Lyon associé à un groupe des Universités d'Augsburg et Kaiserslautern, dont les résultats sont publiés dans la revue Nature, 8 mars 2012
Si la limite de Landauer ne concerne pas les ordinateurs actuels, ils pourraient l'être un jour, et plus spécifiquement les nanomachines manipulant de l'information. La nanotechnologie du futur devrait la prendre en compte.
Abstract
In 1961, Rolf Landauer argued that the erasure of information is a dissipative process. A minimal quantity of heat, proportional to the thermal energy and called the Landauer bound, is necessarily produced when a classical bit of information is deleted. A direct consequence of this logically irreversible transformation is that the entropy of the environment increases by a finite amount. Despite its fundamental importance for information theory and computer science, the erasure principle has not been verified experimentally so far, the main obstacle being the difficulty of doing single-particle experiments in the low-dissipation regime. Here we experimentally show the existence of the Landauer bound in a generic model of a one-bit memory. Using a system of a single colloidal particle trapped in a modulated double-well potential, we establish that the mean dissipated heat saturates at the Landauer bound in the limit of long erasure cycles. This result demonstrates the intimate link between information theory and thermodynamics. It further highlights the ultimate physical limit of irreversible computation.
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