量子纠缠意味着计算机可以通过删除信息来冷却自己

计算会产生热量，这是常识——去吧，触摸 MacBook 的底部——但《自然》杂志上的一篇新论文声称计算并不一定会产生热量。事实上，在适当的条件下，理论物理学家表示删除数据实际上会产生负热量——也就是说，它可以产生冷却效果。没错，这是一篇量子力学文章。如果你不想在周末开始时头疼，那就现在就离开吧。

这里的现象与知识和缺乏知识的基本规则有关，它深深植根于熵的定义以及信息论、热力学和量子理论对熵的不同定义（也同样如此）。但这个想法是这样的：如果在技术上可以（也许有一天应该可以）用量子力学的方式将要删除的比特与观察者纠缠在一起，那么观察者实际上可以在删除比特的同时从系统中吸收热量。

这就是令人头痛的地方，我不会假装自己了解其中的细节。但从概念上讲，这归结为知识。在信息论中，熵描述的是信息密度。在热力学中，熵描述的是系统中的无序性。这篇新论文声称要证明的是，在这两种情况下，熵基本上描述的是知识的缺乏。

物体实际上并不具有熵，而是它的熵取决于观察者。因此，这个想法是，如果有两个观察者从内存中删除数据，并且一个观察者对数据的了解较多，则该观察者会认为内存的熵较低，因此可以用较少的能量消耗删除它。

现在，让我们来看看量子力学。在量子理论中，从信息论的角度计算，熵实际上可以为负值。因此，这里有一个神奇的想法：量子关联（如纠缠）比经典关联更强。因此，如果观察者对记忆有完美的经典知识，那么他或她会将其熵视为零。如果两者在量子力学上纠缠，熵会被认为更小——小于零，或负熵。

因此，如果对系统有完美的经典知识，理论上删除数据可以不消耗任何能量。如果删除系统的人拥有超过完整的经典知识（即在量子层面与系统纠缠），那么删除实际上会从系统中带走热量。

对吧？这有点儿难以理解，但从概念上讲却很有道理。在未来，这种令人费解的设想在理论上可以造就超级计算机，其容量不会像现在这样受到热量的限制，从而使它们能够充分发挥潜力，同时在计算时冷却自身。我们距离这个目标还很远，但考虑到研究人员学习操纵纠缠系统的速度之快，这当然并非不可能。

科学日报