遗忘需要付出能量的代价

维也纳理工大学和柏林自由大学的研究人员把数千个铷原子冷却到接近绝对零度，让它们悬浮在原子芯片上。突然释放两团原子云，看它们自由膨胀、互相重叠。这不是艺术表演，而是2025年6月5日发表在《自然·物理》上的实验——人类首次在量子多体系统中直接观测到信息删除的物理代价：能量耗散与熵增。他们用精密仪器追踪原子云的干涉图案，捕捉到量子系统‘遗忘’自身状态时，信息如何不可逆地泄漏到环境中，同时伴随着热力学过程。这验证了六十多年前物理学家罗尔夫·兰道尔提出的革命性猜想：删除信息必然消耗能量。

兰道尔原理听起来像科幻设定，实则是物理学的冷酷法则。想象用橡皮擦掉纸上的铅笔字，摩擦生热就是代价。在量子世界，‘橡皮擦’可能是测量仪器或环境扰动。维也纳团队的实验表明，当量子系统（比如一团原子）丢失信息——无论是人为删除还是自然退相干——其‘遗忘’过程必然导致熵流向环境，系统能量随之改变。实验负责人约尔格·施密德迈尔说：‘无论技术多先进，删除一个比特总要付出热力学成本。’

量子计算机尤其受制于此。经典计算机处理信息时，理论上可逆操作不耗能（比如移动数据），但删除数据必然放热。现有计算机芯片的能耗远超兰道尔极限，而量子比特更脆弱：测量会破坏叠加态，相当于强制‘遗忘’。实验中，科学家将原子云划分为‘系统’和‘环境’，通过干涉测量熵流。柏林自由大学理论组负责人延斯·艾泽特指出：‘这不仅验证了原理，更揭示了测量过程如何驱动信息与能量的流动。’

量子系统本可完美‘记住’过去——行星运动就是例子，知道现在状态就能倒推历史。但量子态一旦接触环境（比如被测量），信息就单向泄漏到浩瀚的粒子海洋中，再也找不回。超冷原子实验捕捉到了这种泄漏：当两团原子云扩散交织，子系统与环境的相互作用清晰呈现在干涉条纹里。理论物理学家斯特凡·艾梅特参与建模，他说：‘实验平台让我们能量化这种流动，这在过去是理论家的黑板游戏。’

删除信息耗能，本质是热力学第二定律的延伸。杯子摔碎后不会自动复原，因为碎片包含的排列信息散失到环境中。量子层面同样如此：让系统‘忘记’量子态，等于增加宇宙的混乱度。维也纳实验的突破在于，首次在复杂多粒子量子系统中直接观测到信息删除与能量耗散的定量关系。论文DOI编号10.1038/s41567-025-02930-9记录了数据细节。

这实验像给量子世界装了电表。量子计算机的设计必须考虑‘遗忘成本’：每次操作都可能因信息删除产生废热。兰道尔在1961年用思想实验预言的最小能耗（室温下约10^{-21}焦耳/比特），如今被量子多体系统证实。当人类试图操纵微观世界的信息，热力学定律始终如影随形——宇宙没有免费的遗忘。