Вопрос философский

Можно ли считать информацию формой энергии

В конце 2024 года одна за другой появлялись новости об инвестициях ИТ-гигантов в атомные станции малой мощности. И примерно тогда же Нобелевскую премию по физике получили Джон Хопфилд и Джеффри Хинтон за основополагающие открытия и изобретения, которые сделали возможным машинное обучение с использованием искусственных нейросетей. В обоих случаях выстраивается связь между энергией и информацией. Энергия нужна, чтобы обрабатывать информацию. В системе Хопфилда эталонные значения программируются таким образом, что получают самую низкую энергию, и к этому нижнему значению, «долине», стремится система при обучении. И это не единственные примеры связи энергии и информации. В обычных транзисторах прохождение или непрохождение энергии приравнивается к 1 и 0 соответственно. В квантовых системах то или иное энергетическое состояние связано с выполнением вычислений.

Все эти соответствия приводят к вопросу, каковы на самом глубинном физическом уровне отношения между энергией и информацией? И можно ли говорить о том, что информация — это форма энергии? И если так, то возможны ли иные, более прямые формы энергообеспечения центров обработки данных, нежели все преобразования, необходимые для привычной системы «вилка в розетку»? Можно ли представить ЦОД как вид аккумулятора или, наоборот, энергогенерирующий объект как разновидность ЦОДа? С этими вопросами мы обратились к ведущим ученым в области квантовой физики, оптики и термоядерного синтеза.

Николай Колачевский

Директор Физического института им. П. Н. Лебедева РАН

— Интересные вопросы, несколько в философском ключе. К ним можно подсоединить еще и дополнительную цепочку «энергия — деньги». Раньше это было золото (хотя оно сохранилось и сейчас), для его производства требуются большие энергозатраты. Сейчас интересный пример — это блокчейн, фактически обеспечение стоимости биткоина энергетическими затратами. Если ближе к вопросу об информации, то в физике есть критерий Ландауэра, который говорит о том, что для того, чтобы уничтожить один бит информации (это необратимый процесс), надо затратить определенную энергию. Да, она маленькая, но при огромных вычислительных мощностях выделяемая теплота при стирании информации может стать некоторым ограничением. Поэтому часто обсуждают так называемые обратимые вычисления. Рассматривать ЦОД как аккумулятор в принципе можно, только он будет очень неэффективным.

Алексей Акимов

Руководитель лаборатории квантовых симуляторов и интегрированной фотоники Российского квантового центра

— Вопрос философский. Если строго подходить к определению информации, то нет, информация — не форма энергии, это разные сущности. Конечно, чтобы какую-то информацию хранить и создавать, энергию мы потребляем. Наверное, с нулем энергии не получится создать новую информацию. Но для производства одного и того же количества информации может требоваться совершенно разное количество энергии, прямого соответствия между числом бит и числом джоулей, наверное, нет. Человеческий мозг потребляет десятки ватт, персональный компьютер — сотни ватт. Многие задачи мы решаем лучше, чем компьютер, хотя компьютер тоже очень производительный. Один бит информации можно создать очень разными путями. И даже непонятно, есть ли минимум, который нужен. Наверное, он должен быть.

Виктор Ильгисонис

Директор направления научно-технических исследований и разработок «Росатома» и вице-председатель Совета ИТЭР

— К информации можно применить термины и понятия термодинамики, а именно понятие энтропии. Энтропия характеризует величину хаоса в системе: если энтропия растет, это означает, что в системе увеличивается беспорядочность. Также при помощи изменений энергии можно кодировать информацию и передавать ее. Но если ставить вопрос об энергии как физической величине, которая может быть применена, например, для использования в электроэнергетике, то мой ответ: нет, информация — не форма энергии. Обратного процесса природа до сих пор не знает. Из информации нельзя получить энергию. Все известные виды энергии связаны с фундаментальными взаимодействиями, их всего четыре: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Ни к одному из этих взаимодействий информационные потоки не относятся. Но все они могут быть использованы для записи, хранения и передачи информации.