يقع هذا العمل عند تقاطع الديناميكا الحرارية العشوائية وفيزياء المعلومات، قريباً من أبحاث شيطان ماكسويل ومبدأ لانداور. وقد أظهرت أعمال محيطة كيف تتغلب المستشعرات الكمومية على الضوضاء، وكيف تصلح الحواسيب الكمومية نفسها بنفسها، وكيف يفضّل الشيطان الفوتونات غير المتمايزة. تسير هذه الورقة في التيار العام للبحث عن سبل تجاوز القيود الديناميكية الحرارية عبر التغذية الراجعة، لكنها تتميز بأنها تُظهر تجريبياً ولأول مرة انخفاض كلفة محو البت إلى ما دون حد لانداور باستخدام التخلف في نظام كلاسيكي.
أُجريت التجربة على مذبذب ميكروي بتردد رنيني 1270 هرتز، موضوع في جهد افتراضي ثنائي البئر تخلقه التغذية الراجعة. تُدار التغذية الراجعة بمقارن ذي تخلف قابل للضبط: يحدث التبديل بين البئرين عند بلوغ العتبة ±h بدلاً من الصفر. في حالة التخلف الموجب (h=0.17) يتبدل النظام بتأخير، ما يؤدي إلى استخراج طاقة من المذبذب عند كل انتقال. وفي حالة التخلف السالب (h=-0.10) يحدث التبديل مبكراً، مضيفاً طاقة. تُقاس درجة حرارة النظام من تباين السرعة، ويُحسب الشغل والحرارة من المسارات العشوائية. يستغرق بروتوكول المحو 1 ثانية، وهو أطول بكثير من زمن الاسترخاء 2.5 مللي ثانية، ما يضمن نظاماً شبه ساكن.
عند h=0.17 بلغ متوسط شغل المحو 0.53±0.005 بوحدات kBT0، أي ما يعادل 0.78 من حد لانداور L0 = ln 2. وبلغ متوسط الحرارة 0.54±0.02، وهو يتفق مع الشغل ضمن حدود الخطأ. وعند h=-0.10 ارتفع متوسط الشغل إلى 0.89±0.015، أي 1.30 من L0. ويتنبأ النموذج بدرجة حرارة فعالة Teff = 0.78 T0 للتخلف الموجب وTeff = 1.20 T0 للتخلف السالب، وهو ما يتفق مع قياسات درجة الحرارة الحركية. وفي عمليات المحو السريعة ذات الزمن المحدود τ يُلاحظ الاعتماد المعتاد 1/τ، لكن الخط المقارب يتجه إلى حد لانداور الفعال، لا إلى الحد القياسي.
على خلاف الأعمال المجاورة التي تحقق فيها خفض الكلفة عبر تأثيرات كمومية أو حالات ابتدائية خاصة، يُستخدم هنا أسلوب كلاسيكي محض: التخلف في التغذية الراجعة. وهذا أول عرض تجريبي لإمكانية تحقيق شيطان ماكسويل المدمج في نظام كلاسيكي وأن يؤدي إلى ما يبدو خرقاً لمبدأ لانداور. ويُظهر العمل أن المعلومات المخزنة في تأخير التبديل متغير خفي يقلل الإنتروبيا الفعالة للنظام.
يمكن أن يتطور الموضوع نحو تحسين بروتوكولات المحو مع مراعاة التخلف لتقليل استهلاك الطاقة في الأجهزة الواقعية. ومن الممكن تعميمه على الأنظمة الكمومية، حيث قد يستفيد الشيطان من التشابك الكمومي. ومن المثير للاهتمام أيضاً دراسة العلاقة بين التخلف والديناميكا غير الماركوفية، حيث يلعب المتغير الخفي دور الذاكرة.
قد تؤثر النتائج في تصميم العناصر المنطقية الموفرة للطاقة والمحركات العشوائية، حيث تُستخدم التغذية الراجعة بالفعل في التحكم.
قد تكون الخطوة التالية اختبار محو بتخلف تجريبياً في أنظمة فيزيائية أخرى، مثل المصائد الضوئية أو المغناطيسات النانوية، لتأكيد عمومية التأثير.
يرتبط العمل مباشرة بمسألة تحديد كلفة المعلومات في ظروف غير متوازنة وبمفارقة شيطان ماكسويل. ويُظهر كيف يمكن للمتغيرات الخفية في التغذية الراجعة أن تغيّر درجة الحرارة الفعالة، وبالتالي الحدود الديناميكية الحرارية للحوسبة.
عند درجة حرارة الغرفة يبلغ حد لانداور نحو 3×10⁻²¹ جول، وهو أقل بمليارات المرات من الطاقة التي يستهلكها ترانزستور حديث في التبديل الواحد.
فكرة شيطان يدير نظاماً لتجاوز قوانين الديناميكا الحرارية تذكّر بقصة الكاتب البولندي ستانيسواف ليم «شيطان ماكسويل»، حيث يقوم كائن بفرز الجزيئات، مخالفاً القانون الثاني للديناميكا الحرارية.