¿Existe un límite inferior en la energía necesaria para transferir un bit de información?

Digamos que queremos transmitir información entre dos estaciones (puntos en el espacio). ¿Se requiere una energía mínima para transferir un solo bit de información , suponiendo que toleramos que el bit se pierda o altere con una probabilidad dada?

Si queremos lograr una cierta tasa de bits (tolerando de nuevo algún porcentaje de errores), ¿la energía requerida por bit también depende de la tasa?

@julianfernandez No estoy seguro de que "energía para transmitir información" sea necesariamente lo mismo que "energía perdida cuando se destruye un poco de información". O eso, o no entiendo el principio de Landauer.
@Floris Hace mucho tiempo que no trabajo en esta área, por lo que mi memoria podría estar equivocada. Pero es uno de los temas que más me gustan. Intentaré ver si puedo encontrar una buena respuesta (pensé que alguien más la respondería). Trabajaré en ello más tarde hoy.
Mientras tanto, existe este artículo bastante antiguo ruf.rice.edu/~mobile/elec518/readings/DevicesAndCircuits/…
Hay un artículo fantástico de Seth Lloyd llamado Límites físicos definitivos de la computación que aborda un concepto muy relacionado y que en realidad podría responder a su pregunta.
en el mundo clásico no hay límite inferior. Simplemente transmite el bit empujando una masa hacia la otra estación o no. Al hacer que la masa sea arbitrariamente pequeña y/o de movimiento lento, la energía puede ser tan pequeña como quieras. Sin embargo, en el mundo cuántico es menos obvio. En una suposición descabellada, diría que la relación de incertidumbre energía-tiempo podría volverse relevante.

Respuestas (1)

La respuesta corta a la primera pregunta es sí. Necesita suficiente potencia por encima del nivel de ruido de sus sistemas (y espacio) incluso para recibir cualquier señal de otro lugar. Puede buscar artículos sobre el teorema de Shannon-Hartley , que analiza la relación entre la transferencia de información y la potencia, el ancho de banda, etc.

Este es uno de los factores más limitantes para obtener datos científicos de las naves espaciales. Dado que la potencia de la señal cae como ∝ r − 2 , la comunicación a larga distancia con naves espaciales se convierte en una limitación importante. Las naves espaciales generalmente funcionan con celdas fotovoltaicas (es decir, paneles solares) y estas celdas tienen un tamaño finito. El tamaño de la nave espacial está limitado por el tamaño del cohete y el carenado . Entonces, todas estas cosas se tienen en cuenta antes del lanzamiento.

La cantidad de energía que pueden producir está determinada por la cantidad de luz solar que pueden convertir, depende de la eficiencia, el ángulo de incidencia y el área de superficie. Entonces, a medida que una nave espacial se aleja más del sol (y de la Tierra), su capacidad para generar energía para una señal cae tanto por los niveles de luz más bajos como por la caída en la potencia del transmisor recibida en la Tierra.

Creo que la respuesta a tu segunda pregunta es "más o menos" o "tal vez". No estoy seguro de esto, pero sé que definitivamente existen condiciones mínimas de energía en la transferencia de información. Supongo que mi aprensión por responder a su segunda pregunta se debe a cómo la formuló. No estoy del todo seguro de lo que está preguntando o buscando con esa parte.

Esta es una buena respuesta para lo que se requiere en la práctica, pero también tendría curiosidad sobre lo que se requeriría en principio, en las circunstancias más ideales podemos encontrar un experimento mental que no viole ninguna ley fundamental de la física. (por ejemplo, si el transmisor y el receptor fueran los únicos objetos en una jaula de Faraday perfecta que los aislara completamente de fuentes externas de ondas electromagnéticas). Me pregunto si la energía del estado fundamental distinta de cero del vacío impondría un límite inferior final.
@Hypnosifl: desafortunadamente, eso está más allá de mi área de especialización. Sin embargo, la cuántica me enseñó que la practicidad era más importante que la pura teoría en algunas situaciones (irónico, ¿no?).
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