Програмуючи Всесвіт. Космос – квантовий комп’ютер. Сет Ллойд

Інформація здебільшого невидима. Кількість бітів, необхідних для опису танцю атомів, значно переважає кількість бітів, які ми бачимо або знаємо. Розгляньмо фотографію: в ній є природна зернистість, визначена розміром зернят галоїду срібла, що утворюють фотоплівку; або, якщо це цифрове фото, – кількістю пікселів, які утворюють цифрове зображення на екрані. Високоякісне цифрове зображення може нести майже мільярд бітів видимої інформації. Як я отримав таку цифру? Одна тисяча пікселів на дюйм – це висока роздільна здатність, близька до роздільної здатності ока. За такої роздільної здатності кожен квадратний дюйм фотографії містить мільйон пікселів. Фото розміром 8 на 6 дюймів із 1000 пікселів на дюйм має 48 мільйонів пікселів. У кожного пікселя свій колір. Цифрові камери зазвичай використовують 24 біти, щоб утворити 16 мільйонів кольорів, – це знов-таки можна порівняти з кількістю, яку може виокремити людське око. Тож кольорова цифрова фотографія 8 на 6 із 1000 пікселів на дюйм і 24 бітами колірної розподільної здатності має 1 152 000 000 бітів інформації. (Простіший спосіб дізнатися, скільки бітів необхідно для фотографії, – подивитися, як швидко простір пам’яті у вашій цифровій фотокамері зникає, коли ви фотографуєте. Типова цифрова камера робить фотографії з високою роздільною здатністю на 3 мільйони байтів – 3 мегабайти – інформації. Байт – це 8 бітів, тож кожне фото в цифровій фотокамері має приблизно 24 мільйони бітів.)

      1 152 000 000 бітів – це дуже багато інформації, але кількість інформації, необхідна для опису невидимих коливань атомів у зернах галоїду срібла нецифрової фотографії, значно більша. Щоб описати їх, знадобиться понад мільйон мільярдів мільярдів бітів (10²⁴, або 1 із 24 нулями). Невидимі атоми, коливаючись, містять набагато більше інформації, ніж видима фотографія, яку вони утворюють. Фотографія, яка передає ту саму кількість видимої інформації, що й невидима інформація в грамі атомів, має бути розміру штату Мен.

      Кількість бітів, що містяться в коливних атомах, які утворюють зображення на фотоплівці, можна підрахувати так. Розмір зернини галоїду срібла – приблизно одна мільйонна метра, і в ній близько трильйона атомів. На фотографічній плівці є десятки мільярдів зернят галоїду срібла. Опис того, де перебуває окремий атом (за кімнатної температури) у своєму безмежно малому танці, вимагає від 10 до 20 бітів. Загальна кількість інформації, яку містять атоми у фотографії, таким чином, становить 10²³ бітів. Мільярд (10⁹) бітів інформації, видимої на цифровому фото, – це лише крихітна частка цієї загальної кількості. Решта інформації, що міститься в матерії фотографії, невидима. Ця невидима інформація і є ентропією атомів.

Вільна енергія

      Закони термодинаміки є путівником у взаємодії між нашими двома діячами – енергією та інформацією. Щоб продемонструвати інший приклад першого та другого законів, надкусимо яблуко. Цукри в яблуку містять те, що зветься вільною енергією. Вільна енергія – це енергія у формі