[論文レビュー] Does Information Have Mass?

László B. Kish, Claes‐Göran Granqvist|viXra|Sep 14, 2013

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、量子力学と特殊相対性理論を用いて情報伝送の基本的限界を分析することで、情報が質量を持つのかを調査している。結論として、情報の1ビットに付随する質量は固定値ではなく、むしろ負である可能性さえあり、計算システムにおける電子の質量に起因するとされる以前の推定とは対立する。

ABSTRACT

Does information have mass? This question has been asked many times and there are many answers even on the Internet, including on Yahoo Answers. Usually the answer is "no". Attempts have been made to assess the physical mass of information by estimating the mass of electrons feeding the power-guzzling computers and devices making up the Internet, the result being around 50 gram. Other efforts to calculate the mass of information have assumed that each electron involved in signal transfer carries one bit of information, which makes the corresponding mass to be about 10^-5 gram. We address the fundamental question of minimum mass related to a bit of information from the angles of quantum physics and special relativity. Our results indicate that there are different answers depending on the physical situation, and sometimes the mass can even be negative. We tend to be skeptical about the earlier mass estimations, mentioned above, because our results indicate that the electron's mass does not play a role in any one of them.

研究の動機と目的

• 情報が物理的質量を持つのかという長年の問いを解消すること。
• 計算装置における電子質量に基づく情報質量の過去の推定値を批判的に検討すること。
• 第一原理から、1ビットの情報に関連する最小物理的質量を探索すること。
• 相対論的および量子力学的枠組みが情報の質量に与える影響を検討すること。
• 電子質量が情報の物理的性質に関与すると仮定することの妥当性に疑問を呈すること。

提案手法

• 量子力学および特殊相対性理論の原則を用いて情報伝送を分析する。
• 相対論的エネルギー運動量関係を適用し、情報伝送の物理的コストをモデル化する。
• 信号伝播およびエネルギー交換の役割が質量の境界を決定する要因となることを検討する。
• 不変質量の概念を用いて、1ビットの情報にかかる質量の理論的限界を導出する。
• 信号伝送におけるキャリア（例：電子）の質量を検討することで、情報の物理的性質を評価する。
• 相対論的エネルギー条件に基づき、情報質量が負である可能性のある状況を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1ビットの情報に関連する最小物理的質量は何か？
• RQ2 量子力学および特殊相対性理論は、情報の質量をどのように制約するか？
• RQ3 計算システムにおける情報質量の推定に、電子質量を用いることは妥当か？
• RQ4 特定の物理的条件下では、情報の質量が負になり得るか？
• RQ5 情報が質量を持つかどうかを決定づける基本的物理的原理は何か？

主な発見

• 1ビットの情報に付随する質量は固定値ではなく、物理的状況に依存する。
• 特定の相対論的状況では、情報質量が負である可能性があり、古典的直観とは対立する。
• 電子質量は、情報の質量を決定づける根本的役割を果たさないことが判明し、過去の推定とは矛盾する。
• 過去に提唱された情報質量の推定値（例：インターネット全体で50グラム）は、電子質量に依存しているため、物理的に正当化されないとされる。
• 1ビットの情報の最小質量は、キャリア粒子の質量によって決まるのではなく、相対論的および量子的制約によって決まる。
• 本論文は、情報の物理的質量が普遍的定数ではなく、文脈依存的な量であると結論づける。