Ce travail se situe au carrefour de la thermodynamique stochastique et de la physique de l'information, aux côtés des recherches sur le démon de Maxwell et le principe de Landauer. On a déjà montré comment les capteurs quantiques triomphent du bruit, comment les ordinateurs quantiques se réparent eux-mêmes, ou encore comment le démon préfère les photons indiscernables. Cet article s'inscrit dans la même dynamique de recherche de moyens de contourner les contraintes thermodynamiques grâce à la rétroaction, mais il s'en distingue par le fait qu'il démontre pour la première fois expérimentalement une réduction du coût d'effacement d'un bit sous la limite de Landauer au moyen d'un hystérésis dans un système classique.
L'expérience a été réalisée sur un micro-oscillateur de fréquence de résonance 1270 Hz, placé dans un potentiel virtuel à double puits créé par rétroaction. La rétroaction est pilotée par un comparateur à hystérésis réglable : la commutation entre les puits se produit lorsque le seuil ±h est atteint, et non à zéro. Pour un hystérésis positif (h=0.17), le système commute avec un retard, ce qui extrait de l'énergie de l'oscillateur à chaque transition. Pour un hystérésis négatif (h=-0.10), la commutation se fait par avance, ce qui ajoute de l'énergie. La température du système est mesurée à partir de la variance de la vitesse, tandis que le travail et la chaleur sont calculés à partir des trajectoires stochastiques. Le protocole d'effacement dure 1 seconde, soit bien plus que le temps de relaxation de 2.5 ms, ce qui garantit un régime quasi statique.
Pour h=0.17, le travail d'effacement moyen s'établit à 0.53±0.005 en unités de kBT0, soit 0.78 fois la limite de Landauer L0 = ln 2. La chaleur moyenne atteint 0.54±0.02, ce qui coïncide avec le travail aux incertitudes près. Pour h=-0.10, le travail moyen grimpe à 0.89±0.015, soit 1.30 fois L0. Le modèle prédit une température effective Teff = 0.78 T0 pour l'hystérésis positif et Teff = 1.20 T0 pour l'hystérésis négatif, ce qui concorde avec les mesures de température cinétique. Pour les effacements rapides de durée finie τ, on observe la dépendance habituelle en 1/τ, mais l'asymptote converge vers une limite de Landauer effective, et non vers la limite standard.
Contrairement aux travaux voisins, où la réduction du coût passait par des effets quantiques ou des états initiaux particuliers, on utilise ici une méthode purement classique : l'hystérésis dans la rétroaction. C'est la première démonstration expérimentale qu'un démon de Maxwell intégré peut être réalisé dans un système classique et conduire à une violation apparente du principe de Landauer. Le travail montre que l'information stockée dans le retard de commutation constitue une variable cachée qui diminue l'entropie effective du système.
Le sujet pourrait évoluer vers l'optimisation des protocoles d'effacement tenant compte de l'hystérésis, afin de minimiser la consommation énergétique des dispositifs réels. Une généralisation aux systèmes quantiques est envisageable, où le démon pourrait exploiter l'intrication quantique. Il serait également intéressant d'étudier le lien entre hystérésis et dynamique non markovienne, où la variable cachée joue le rôle d'une mémoire.
Ces résultats pourraient influencer la conception de composants logiques économes en énergie et de moteurs stochastiques, où la rétroaction est déjà utilisée pour le contrôle.
L'étape suivante pourrait consister à vérifier expérimentalement l'effacement avec hystérésis dans d'autres systèmes physiques, par exemple des pièges optiques ou des nanomagnets, afin de confirmer l'universalité de l'effet.
Ce travail est directement lié au problème de la détermination du coût de l'information hors équilibre et au paradoxe du démon de Maxwell. Il montre comment des variables cachées dans la rétroaction peuvent modifier la température effective et, par conséquent, les limites thermodynamiques du calcul.
À température ambiante, la limite de Landauer s'élève à environ 3×10⁻²¹ J, soit des milliards de fois moins que l'énergie consommée par un transistor moderne à chaque commutation.
L'idée d'un démon qui pilote un système pour contourner les lois de la thermodynamique rappelle la nouvelle de Stanislas Lem « Le démon de Maxwell », où une créature trie les molécules en violant le deuxième principe de la thermodynamique.