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Orden y desorden (2/2)
El profesor Jim Al-Khalili investiga uno de los conceptos más importantes en el mundo de hoy – información. Descubre cómo potenciamos el poder de los símbolos, de todo, desde el primer alfabeto de la telegrafía eléctrica a través de la era digital moderna. Pero en este camino se entera de que la información no es sólo acerca de la comunicación humana, se teje muy profundamente en el tejido de la realidad.
Cómo borrar la información sin necesidad de utilizar energía
En el estudio, los físicos Joan Vaccaro de la Universidad Griffith de Queensland, Australia, y Stephen Barnett, de la Universidad de Strathclyde en Glasgow, Reino Unido, han descrito cómo la información cuantitativa se pueden borrar sin consumo de ningún tipo de energía. Su trabajo se ha publicado en una edición reciente de Proceedings of the Royal Society A.
El demonio de Maxwell puede extraer trabajo de un solo reservorio de calor a costo de momento angular de espín. En el paso (a), el demonio no tiene memoria y el gas en el reservorio de calor está en equilibrio térmico. En el paso (b), el demonio divide el reservorio en dos, atrapando las moléculas de mayor movimiento en el lado derecho, y utiliza un ingenio de calor entre las dos particiones para obtener trabajo. En el paso (c), la memoria del demonio se borra usando un reservorio de espín y a las dos particiones se les permite regresar al equilibrio. Crédito de la imagen: Joan A. Vaccaro, et al. Fig. 1. © 2011 Royal Society.
Tradicionalmente, el proceso de borrado de información requiere de un costo que se calcula en términos de energía – disipación de calor más concretamente. En 1961, Rolf Landauer argumentó que había una cantidad mínima de energía necesaria para borrar un bit de información, es decir, poner un bit en el estado lógico cero. La energía necesaria se relaciona positivamente con la temperatura del reservorio del sistema térmico, y puede considerarse como la entropía termodinámica del sistema. Como tal, esta entropía se considera un costo fundamental para borrar un bit de información.
Sin embargo, Vaccaro y Barnett han demostrado que un gasto de energía puede ser totalmente evitado mediante el uso de un depósito basado en algo distinto de la energía, tal como momento angular de espín. Las partículas subatómicas tienen momento angular de espín, una cantidad que, como la energía, debe ser conservado. Básicamente, en vez de calor que se intercambia entre un qubit y el reservorio térmico, cuantos discretos de momento angular se intercambian entre un qubit y el reservorio de espín. Los científicos describen cómo repetidas operaciones lógicas entre el espín del qubit y un espín secundario en el estado cero eventualmente da lugar a que ambos espines alcancen el estado lógico cero. Más importante aún, los científicos demostraron que el costo de borrar la memoria del qubit se da en términos de la cantidad que define los estados lógicos, que en este caso es el momento angular de espín y no la energía.
Los científicos explicaron que experimentalmente la realización de este esquema sería muy difícil. Sin embargo, sus resultados muestran que las leyes físicas no impiden borrar la información con un coste energético cero, lo que es contrario a los estudios anteriores. Los investigadores observaron que, en la práctica, será especialmente difícil garantizar la degeneración del sistema de energía (que los diferentes estados de espín del qubit y el reservorio tienen exactamente el nivel de energía). Pero incluso si las condiciones son imperfectas y causan la pérdida de energía, no hay razón fundamental para asumir que el costo será mayor que lo predicho por la fórmula de Landauer.
La posibilidad de borrar la información sin necesidad de utilizar la energía tiene implicaciones para diversas áreas. Un ejemplo es la paradoja del demonio de Maxwell, que parece ofrecer una forma de violar la segunda ley de la termodinámica. Al abrir y cerrar una puerta para separar las moléculas calientes y frías, el demonio supuestamente extrae trabajo del depósito, la conversión de todo el calor en energía mecánica útil. La resolución de Bennett de la paradoja en 1982 sostiene que la memoria del demonio tiene que ser borrada para completar el ciclo, y el costo de eliminación es por lo menos tanto como la energía liberada. Sin embargo, los resultados de Vaccaro y Barnett sugiere que la memoria del demonio se pueden borrar sin costo de energía mediante el uso de otro tipo de depósito, donde el costo sería en términos del momento angular de espín. En este esquema, el demonio puede extraer toda la energía de una reserva de calor como energía útil a un costo de otro recurso.
Como explicaron los científicos, este resultado no se contradice con las afirmaciones históricas de la segunda ley de la termodinámica, que están exclusivamente en el contexto de reservorios de calor y térmicos, y no permiten una clase más amplia de reservorios. Por otra parte, a pesar de que el ejemplo con el demonio de Maxwell sugiere que el trabajo mecánico se puede extraer a un costo cero de energía, esta extracción se asocia con un aumento en la entropía de la información teórica del sistema en general.
«La maximización de la entropía sujeta a una restricción es necesario aplicar no sólo para calentar los reservorios y la conservación de la energía», explicó Vaccaro a PhysOrg.com.
Los resultados también podrían aplicarse a hipotéticos motores de calor de Carnot, que operan con la máxima eficacia. Si estos motores utilizan depósitos de momento angular en lugar de depósitos térmicos, podrían generar esfuerzos de momento angular en lugar de trabajo mecánico.
Para demostrar el concepto de borrar información a un coste energético cero, los científicos dijeron que se necesitarían más investigaciones y tiempo.
Añadió que el resultado es de importancia fundamental, y no es probable que tenga aplicaciones prácticas para dispositivos de memoria. «No vemos esto como que tenga un impacto directo en términos de aplicaciones prácticas, ya que el coste energético actual de la supresión de información está próximo al teórico de Landauer «, dijo. «Es más un caso de lo que dice acerca de conceptos fundamentales. Por ejemplo, Landauer, dijo que la información es física, porque se necesita energía para borrarla. Estamos diciendo que la razón es física, tiene un contexto más amplio que eso. »
AMpliar información en: Joan A. Vaccaro and Stephen M. Barnett. “Information erasure without an energy cost.” Proceedings of the Royal Society A.DOI:10.1098/rspa.2010.0577
Un dispositivo que convierte información en energía
El experimento, inspirado por una paradoja, tienta a una gota a que suba pendiente arriba.
Las leyes de la física dicen que no puedes obtener energía a partir de nada — aún peor, siempre obtendrás menos energía de un sistema de la que metes en él. Pero un experimento a nanoescala inspirado por una paradoja del siglo XIX que parecía romper esas leyes, demuestra ahora que se puede generar energía a partir de la información.
Masaki Sano, físico de la Universidad de Tokio, y sus colegas han demostrado que puede convencerse a una gota para que suba una ‘escalera espiral’ sin que se transfiera directamente ninguna energía directamente a la gota para empujarla hacia arriba. En lugar de esto, es persuadida a lo largo de su ruta a través de una serie de decisiones juiciosamente sincronizadas para que cambie la altura de sus “pasos”, basándose en la información de la posición de la gota. En este sentido, “la información se convierte en energía”, dice Sano. El trabajo se pulica en Nature Physics1.
La configuración del equipo se inspiró en el experimento mental del siglo XIX propuesto por el físico escocés James Clerk Maxwell, el cual – controvertido en su momento – sugirió que la información podía convertirse en energía. En el experimento mental, un demonio guarda una puerta entre dos habitaciones, cada una repleta de moléculas de gas. El demonio sólo permite que pasen de izquierda a derecha las partículas de gas de movimiento rápido, y las de movimiento lento en sentido contrario.
Como resultado, la sala de la derecha se calentará conforme la velocidad media de las partículas en esa sala se incrementa, y la sala de la izquierda se enfriará. El demonio crea de esta forma una diferencia en la temperatura sin impartir directamente energía a las moléculas del gas – simplemente conociendo la información sobre su velocidad. Esto parece violar la segunda ley de la termodinámica, la cual afirma que no puedes crear un sistema más ordenado sin introducir energía.
Una paradoja puesta en práctica
Para crear una versión real del experimento del demonio, Sano y sus colegas colocaron una gota alargada de poliestireno a nanoescala, la cual podía rotar en sentido horario o antihorario, en un baño de una solución tampón. El equipo aplicó un voltaje variable alrededor de la gota, haciendo que fuese progresivamente más difícil que la gota rotase 360 grados completos en la dirección antihoraria. Esto creó una “escalera espiral” que era más difícil de subir en sentido antihorario que caer por el sentido horario, señala Sano.
Cuando se la dejaba sola, la gota era empujada aleatoriamente por las moléculas de su alrededor, a veces recibiendo suficiente empuje para girar antihorariamente contra el voltaje — o subir la escalera – pero más a menudo se giraba en sentido horario – “bajando” la escalera. Pero entonces el equipo introdujo la versión del demonio de Maxwell.
Observaron el movimiento de la gota, y cuando giraba en sentido antihorario, rápidamente ajustaban el voltaje — el equivalente del demonio de Maxwell de cerrar la puerta a una molécula de gas – haciendo que fuese más difícil para la gota girar en sentido horario. Se animaba de esta forma a que la gota siguiese subiendo la escalera, sin que se impartiese directamente energía a la misma, comenta Sano.
El experimento realmente no viola la segunda ley de la termodinámica, debido a que en el sistema global, la energía debe ser consumida por el equipo – y los experimentadores – para monitorizar la gota y cambiar el voltaje a demanda. Pero demuestra que puede usarse la información como medio para transferir energía, dice Sano. La gota es dirigida como un mini-rotor, con una eficiencia en la conversión de información a energía del 28%.
“Esta es una maravillosa demostración experimental de que la información tiene un contenido termodinámico”, dice Christopher Jarzynski, químico estadístico de la Universidad de Maryland en College Park. En 1997, Jarzynski formuló una ecuación para definir la cantidad de energía que podría convertirse, teóricamente a partir de una unidad de información2; el trabajo de Sano y su equipo ha confirmado ahora esta ecuación. “Esto nos dice algo nuevo sobre cómo funcionan las leyes de la termodinámica a escala microscópica”, apunta Jarzynski.
Vlatko Vedral, físico cuántico de la Universidad de Oxford, en el Reino Unido, dice que será interesante ver si la técnica puede usarse para dirigir nanomotores y máquinas moleculares artificiales. “También me apasionaría ver si ya funciona algo así en la naturaleza”, comenta. “Después de todo, se podría decir que todos los sistemas vivos son “demonios de Maxwell”, intentando desafiar la tendencia del orden a volverse aleatoriedad”.
Referencias:
1. Toyabe, S. , Sagawa, T. , Ueda, M. , Muneyuki, E. & Sano, M. Nature Physics doi:10.1038/NPHYS1821 (2010).
2. Jarzynski, C. Phys. Rev. Lett. 78, 2690-2693 (1997).
Autor: Zeeya Merali
Fecha Original: 14 de noviembre de 2010
Enlace Original
Fuente: Ciencia Kanija
Bajo licencia Creative Commons
Información y conocimiento en el futuro
Presentación de TeacherTube, simple sin gráficas, pero con datos sorprendentes sobre el futuro. Quizá no se cumpla lo que indica, hay que ser escéptico y no hacer caso de cualquier información que surja en internet.
Pero como curiosidad, aquí está dicho vídeo:
La AUC denuncia «los abusos y la falta de información» en la publicidad de servicios a través de SMS
Según la AUC, estos abusos afectan «especialmente al público más joven», que suele actualizar con bastante más frecuencia su terminal con tonos e imágenes de moda. «En muchos casos, la descarga de contenidos viene asociada a la suscripción a un determinado Club o servicio de mensajes sin que en ningún momento se informe al usuario sobre esta condición añadida. El problema viene cuando se agota el saldo de manera inesperada o cuando la factura de teléfono aparece notablemente inflada por la recepción de SMS», apuntan.
«Es en ese momento cuando el usuario conoce, a través de su operador, que ha sido abonado sin su consentimiento a un determinado servicio de mensajes de tarificación adicional, y que no puede dejar de abonar lo adeudado si quiere seguir manteniendo su contrato telefónico» denuncian.
La Asociación aseguró haber detectado «una importante falta de información en la publicidad de estos servicios de mensajes» en los que la mayoría de las empresas no están identificadas con direcciones postales o teléfonos de información, se ofrecen servicios de contenido sexual sin avisar, no se facilita una vía para la cancelación de datos personales, o se obliga a que el derecho de cancelación se ejerza únicamente a través de correo electrónico.
Por ello, la AUC reclama que los SMS tengan la misma regulación que se aprobó para el resto de servicios de tarificación adicional, y pide al Gobierno que afronte una regulación de los servicios de mensajes cortos que se orienta en ese sentido.
En este sentido, recuerdan que el proyecto de Orden elaborado por el Ministerio de Industria «garantiza al usuario el derecho de desconexión de estos servicios de mensajes, y también la posibilidad de no abonar su importe en caso de reclamación sin que ello suponga la suspensión del servicio telefónico ni del servicio general de mensajes cortos». Asimismo, se incluyen la obligación de identificar claramente el coste de los SMS en la factura y en la publicidad de estos servicios, asegura la asociación.
Fuente: EuropaPress
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