[논문 리뷰] Does Information Have Mass?

László B. Kish, Claes‐Göran Granqvist|viXra|2013. 09. 14.

Quantum Computing Algorithms and Architecture참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 양자역학과 특수상대성이론을 이용해 정보 전송의 기본 한계를 분석함으로써 정보가 질량을 지닐 수 있는지 조사한다. 연구 결과, 정보의 한 비트에 관련된 질량은 고정되어 있지 않으며, 심지어 음수가 될 수도 있음을 밝혀내어, 계산 시스템에서 전자의 질량에 기반한 이전의 추정치에 도전한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 정보가 물리적 질량을 지닐 수 있는지 오랫동안 놓인 질문을 해결하기 위해.
• 계산 장치에서 전자의 질량에 기반한 이전의 정보 질량 추정치를 비판적으로 평가하기 위해.
• 기본 원리에서 단일 비트 정보와 관련된 최소 물리적 질량을 탐구하기 위해.
• 상대론적 및 양자역학적 프레임워크가 정보의 질량에 어떻게 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 전자의 질량이 정보의 물리성과 관련이 있다는 가정을 도전하기 위해.

제안 방법

• 양자역학과 특수상대성이론의 원리를 이용해 정보 전송을 분석한다.
• 상대론적 에너지-운동량 관계를 적용하여 정보 전송의 물리적 비용을 모델링한다.
• 신호 전파와 에너지 교환의 역할을 고려하여 질량의 한계를 규명한다.
• 불변 질량 개념을 사용하여 단일 비트 정보의 질량에 대한 이론적 한계를 도출한다.
• 신호 전송 중 실체(예: 전자)의 질량을 분석함으로써 정보의 물리성을 평가한다.
• 상대론적 에너지 조건에 기반해 정보 질량이 음수가 될 수 있는 경우를 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 비트 정보와 관련된 최소 물리적 질량은 얼마인가?
• RQ2 양자역학과 특수상대성이론은 정보의 질량을 어떻게 제약하는가?
• RQ3 계산 시스템에서 정보 질량을 추정할 때 전자의 질량이 타당한 기초가 될 수 있는가?
• RQ4 특정 물리 조건 하에서 정보 질량이 음수가 될 수 있는가?
• RQ5 정보가 질량을 지닐 수 있는지를 결정하는 기본 물리 원리는 무엇인가?

주요 결과

• 단일 비트 정보와 관련된 질량은 고정된 값이 아니며, 물리적 맥락에 따라 달라진다.
• 특정 상대론적 상황에서는 정보 질량이 음수가 될 수 있어 고전적 직관을 뒤집는다.
• 전자의 질량은 정보의 질량을 결정하는 데 핵심적인 역할을 하지 않으며, 이는 이전의 추정치와 정면으로 배치된다.
• 예를 들어 인터넷에 대해 50g이라는 추정치를 내건 이전의 정보 질량 추정치는 전자의 질량에 의존하므로 물리적으로 정당하지 않다고 판단된다.
• 비트의 최소 질량은 그 실체 입자의 질량에 의해 결정되지 않고, 상대론적 및 양자역학적 제약 조건에 의해 결정된다.
• 논문은 정보의 물리적 질량이 보편적인 상수는 아니며, 맥락에 따라 달라지는 양임을 결론 내린다.