El trabajo se sitúa en la frontera entre la termodinámica estocástica y la física de la información, junto a las investigaciones sobre el demonio de Maxwell y el principio de Landauer. Alrededor ya se ha demostrado cómo los sensores cuánticos vencen al ruido y cómo los ordenadores cuánticos se reparan a sí mismos, así como el modo en que el demonio prefiere fotones indistinguibles. Este artículo sigue la corriente general de búsqueda de maneras de sortear las restricciones termodinámicas mediante la retroalimentación, pero se distingue porque por primera vez demuestra experimentalmente una reducción del coste de borrado de un bit por debajo del límite de Landauer usando histéresis en un sistema clásico.
El experimento se realizó con una microconsola de frecuencia de resonancia 1270 Hz, colocada en un potencial virtual de doble pozo generado por retroalimentación. La retroalimentación se controla con un comparador de histéresis ajustable: la conmutación entre pozos ocurre al alcanzar el umbral ±h en lugar de cero. Con histéresis positiva (h=0.17), el sistema conmuta con retardo, lo que provoca que se extraiga energía del oscilador en cada transición. Con histéresis negativa (h=-0.10), la conmutación ocurre antes de tiempo y añade energía. La temperatura del sistema se mide a partir de la varianza de la velocidad, y el trabajo y el calor se calculan a partir de las trayectorias estocásticas. El protocolo de borrado dura 1 segundo, mucho más que el tiempo de relajación de 2.5 ms, lo que garantiza un régimen cuasiestático.
Con h=0.17, el trabajo medio de borrado fue de 0.53±0.005 en unidades de kBT0, lo que equivale a 0.78 del límite de Landauer L0 = ln 2. El calor medio fue de 0.54±0.02, que dentro del margen de error coincide con el trabajo. Con h=-0.10, el trabajo medio subió a 0.89±0.015, es decir, 1.30 de L0. El modelo predice una temperatura efectiva Teff = 0.78 T0 para la histéresis positiva y Teff = 1.20 T0 para la negativa, lo que concuerda con las mediciones de temperatura cinética. Para borrados rápidos con un tiempo finito τ se observa la dependencia habitual 1/τ, pero la asíntota converge hacia el límite de Landauer efectivo, no hacia el estándar.
A diferencia de trabajos cercanos, en los que la reducción del coste se lograba mediante efectos cuánticos o estados iniciales especiales, aquí se emplea un método puramente clásico: la histéresis en la retroalimentación. Es la primera demostración experimental de que un demonio de Maxwell incorporado puede realizarse en un sistema clásico y dar lugar a una aparente violación del principio de Landauer. El trabajo muestra que la información almacenada en el retardo de conmutación es una variable oculta que reduce la entropía efectiva del sistema.
El tema puede desarrollarse hacia la optimización de protocolos de borrado que tengan en cuenta la histéresis para minimizar el consumo energético en dispositivos reales. Es posible generalizarlo a sistemas cuánticos, donde el demonio podría aprovechar el entrelazamiento cuántico. También resulta interesante estudiar la relación entre la histéresis y la dinámica no markoviana, en la que la variable oculta desempeña el papel de memoria.
Los resultados pueden influir en el diseño de elementos lógicos y motores estocásticos de bajo consumo, donde la retroalimentación ya se usa para el control.
El siguiente paso podría ser comprobar experimentalmente el borrado con histéresis en otros sistemas físicos, por ejemplo en trampas ópticas o en nanomagnetos, para confirmar la universalidad del efecto.
El trabajo está directamente relacionado con el problema de determinar el coste de la información en condiciones fuera del equilibrio y con la paradoja del demonio de Maxwell. Muestra cómo las variables ocultas en la retroalimentación pueden modificar la temperatura efectiva y, por tanto, los límites termodinámicos de la computación.
A temperatura ambiente, el límite de Landauer ronda los 3×10⁻²¹ J, miles de millones de veces menos que la energía que consume un transistor moderno en cada conmutación.
La idea de un demonio que controla un sistema para sortear las leyes de la termodinámica recuerda al relato «El demonio de Maxwell», de Stanisław Lem, en el que un ser clasifica moléculas y con ello viola el segundo principio de la termodinámica.