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<title>Landauer-Prinzip</title>
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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Landauer-Prinzip</span></h1>
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<div id="mw-content-subtitle"></div>
</div>
<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p>Das <b>Landauer-Prinzip</b> ist eine 1961 von <a href="Rolf_Landauer" title="Rolf Landauer">Rolf Landauer</a> formulierte <a href="Hypothese" title="Hypothese">Hypothese</a>, die die <a href="Informationstheorie" title="Informationstheorie">Informationstheorie</a> mit der <a href="Thermodynamik" title="Thermodynamik">Thermodynamik</a> und der <a href="Statistische_Physik" title="Statistische Physik">statistischen Physik</a> verknüpft. Sie besagt, dass das Löschen eines <a href="Bit" title="Bit">Bits</a> an <a href="Information" title="Information">Information</a> zwangsläufig die Abgabe einer <a href="Energie" title="Energie">Energie</a> von
</p>
<dl><dd><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle W=k_{\mathrm {B} }T\ln 2}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi>W</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mi mathvariant="normal">B</mi>
</mrow>
</mrow>
</msub>
<mi>T</mi>
<mi>ln</mi>
<mo><!-- --></mo>
<mn>2</mn>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle W=k_{\mathrm {B} }T\ln 2}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/80d6863a2fb427216ef8b43d2c75aa7e7a9cd97f.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:13.653ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle W=k_{\mathrm {B} }T\ln 2}" loading="lazy"></span></dd></dl>
<p>in Form von <a href="W%C3%A4rme" title="Wärme">Wärme</a> an die Umgebung bedeutet.
</p><p>Dabei ist
</p>
<ul><li><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle k_{\mathrm {B} }}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<msub>
<mi>k</mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mi mathvariant="normal">B</mi>
</mrow>
</mrow>
</msub>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle k_{\mathrm {B} }}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/c9b90d21a1c8fb907fddab1caded3b7f1eeffe3d.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.607ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle k_{\mathrm {B} }}" loading="lazy"></span> die <a href="Boltzmann-Konstante" title="Boltzmann-Konstante">Boltzmann-Konstante</a> und</li>
<li><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle T}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi>T</mi>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle T}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/ec7200acd984a1d3a3d7dc455e262fbe54f7f6e0.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.636ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle T}" loading="lazy"></span> die <a href="Absolute_Temperatur" class="mw-redirect" title="Absolute Temperatur">absolute Temperatur</a> der Umgebung.</li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Bedeutung">Bedeutung</h2></div>
<p>Landauers Thesen sind von erheblicher theoretischer Tragweite und bilden einen Schlüsselbaustein für eine Reihe weitergehender Theorien, z. B. bei Grundlagenarbeiten zu <a href="Quantencomputer" title="Quantencomputer">Quantencomputern</a>.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Reversibel_arbeitende_Computer">Reversibel arbeitende Computer</h3></div>
<p>Durch das Landauer-Prinzip besteht für irreversibel arbeitende Computer, wie es heute fast alle sind, eine theoretische Untergrenze der <a href="Verlustleistung" title="Verlustleistung">Verlustleistung</a>; in der Praxis liegt diese bis auf Weiteres um <a href="Gr%C3%B6%C3%9Fenordnung" title="Größenordnung">Größenordnungen</a> höher.
</p><p>Unterschreiten lässt sich diese Grenze nur mit grundlegenden technischen Neuerungen wie Quantencomputern oder <a href="Reversibles_Computing" title="Reversibles Computing">reversibel arbeitenden Computern</a> nach <a href="Charles_H._Bennett_(Physiker)" title="Charles H. Bennett (Physiker)">Charles H. Bennett</a>. Letztere sind unmittelbar vom Landauer-Prinzip abgeleitet. Um ein Löschen von Information zu vermeiden, laufen sie nach dem Ende einer Berechnung rückwärts wieder in den Anfangszustand zurück. Dazu müssen vom logischen <a href="Logikgatter" title="Logikgatter">Gatter</a> bis zur <a href="Programmiersprache" title="Programmiersprache">Programmiersprache</a> alle Elemente reversibel neu entwickelt werden.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Interpretation_des_Maxwellschen_Dämons"><span id="Interpretation_des_Maxwellschen_D.C3.A4mons"></span>Interpretation des Maxwellschen Dämons</h3></div>
<p>Ebenfalls von Charles Bennett vorgeschlagen wurde die Interpretation des <a href="Maxwellscher_D%C3%A4mon" title="Maxwellscher Dämon">Maxwellschen Dämons</a> mit dem Landauer-Prinzip. Aus der oben angegebenen Formel für den Energieverlust folgt unmittelbar für die beim Löschen eines Bits abgegebene <a href="Entropie_(Thermodynamik)" class="mw-redirect" title="Entropie (Thermodynamik)">Entropie</a>:
</p>
<dl><dd><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle S=k_{\mathrm {B} }\ln 2}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi>S</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mi mathvariant="normal">B</mi>
</mrow>
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</msub>
<mi>ln</mi>
<mo><!-- --></mo>
<mn>2</mn>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle S=k_{\mathrm {B} }\ln 2}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/b9fcb3719cea643050bbfade1dd24be5e812c167.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:11.081ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle S=k_{\mathrm {B} }\ln 2}" loading="lazy"></span></dd></dl>
<p>Bei <a href="Raumtemperatur" title="Raumtemperatur">Raumtemperatur</a> (20 °C / 293,15 K) ergibt das Landauer-Prinzip einen Energieverlust von 0,01737 <a href="Elektronenvolt" title="Elektronenvolt">eV</a> (2,817 <a href="Vors%C3%A4tze_f%C3%BCr_Ma%C3%9Feinheiten" title="Vorsätze für Maßeinheiten">zJ</a>) pro gelöschtem Bit.
</p><p>Diese Entropie wird durch das Überschreiben, also das implizite Löschen des Gedächtnisses des Dämons für die Geschwindigkeit der anfliegenden Teilchen, freigesetzt. Die dadurch verursachte Entropieerhöhung hebt die durch seine Sortiertätigkeit verursachte Verringerung genau auf.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Überprüfung"><span id=".C3.9Cberpr.C3.BCfung"></span>Überprüfung</h2></div>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Theoretisch">Theoretisch</h3></div>
<p>Positive Unterstützung finden Landauers Thesen in den theoretischen Arbeiten des amerikanischen Physikers <a href="Edwin_Thompson_Jaynes" title="Edwin Thompson Jaynes">Edwin Thompson Jaynes</a>.
</p><p>Kritik wurde von der Wissenschaftsphilosophin Orly Shenker geäußert, der zufolge Landauer unzulässig den thermodynamischen und den informationstheoretischen Entropiebegriff vermengte.<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Auf theoretischer Ebene konnte gezeigt werden,<sup id="cite_ref-2" class="reference"><a href="#cite_note-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> dass durch <a href="Quantenverschr%C3%A4nkung" title="Quantenverschränkung">Verschränkung</a> und <a href="Quanteninformation" title="Quanteninformation">Quanteninformation</a> eine Verletzung des Landauer-Prinzips möglich ist in Abhängigkeit von dem Wissen, das ein Beobachter schon über das System hat.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Experimentell">Experimentell</h3></div>
<p>Eine erste experimentelle Bestätigung von Landauers Thesen wurde im März 2012 durch Physiker aus <a href="Augsburg" title="Augsburg">Augsburg</a>, <a href="Lyon" title="Lyon">Lyon</a> und <a href="Kaiserslautern" title="Kaiserslautern">Kaiserslautern</a> präsentiert.<sup id="cite_ref-3" class="reference"><a href="#cite_note-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> In ihrem Experiment wurde eine Mikro-Glaskugel in einem durch fokussiertes <a href="Laser" title="Laser">Laser</a>licht erzeugten Doppelmuldenpotential betrachtet, wobei 1 Bit Information der Position in der einen Mulde, 0 Bit der Position der Kugel in der energetisch tieferen Mulde entsprach.
</p><p>Auf Quantenebene konnte der Effekt von einer chinesischen Arbeitsgruppe an einem auf wenige Mikrokelvin abgekühlten Kalziumatom in einer Magnetfalle nachgewiesen werden.<sup id="cite_ref-5" class="reference"><a href="#cite_note-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-6" class="reference"><a href="#cite_note-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Siehe_auch">Siehe auch</h2></div>
<ul><li><a href="Bremermann-Grenze" title="Bremermann-Grenze">Bremermann-Grenze</a></li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>
<ul><li>R. Landauer: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Irreversibility and Heat Generation in the Computing Process</cite>. In: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">IBM Journal of Research and Development</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>5</span>, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>3</span>, 1961, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>183–191</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1147/rd.53.0183">10.1147/rd.53.0183</a></span> (englisch, <a rel="nofollow" class="external text" href="http://worrydream.com/refs/Landauer%20-%20Irreversibility%20and%20Heat%20Generation%20in%20the%20Computing%20Process.pdf">worrydream.com</a> [PDF]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Landauer-Prinzip&rft.atitle=Irreversibility+and+Heat+Generation+in+the+Computing+Process&rft.au=R.+Landauer&rft.date=1961&rft.doi=10.1147%2Frd.53.0183&rft.genre=journal&rft.issue=3&rft.jtitle=IBM+Journal+of+Research+and+Development&rft.pages=183-191&rft.volume=5" style="display:none"> </span></li>
<li>Rolf Landauer: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">The physical nature of information</cite>. In: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic"><a href="Physics_Letters" title="Physics Letters">Physics Letters</a> A</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>217</span>, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>4–5</span>, 1996, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>188–193</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/0375-9601%2896%2900453-7">10.1016/0375-9601(96)00453-7</a></span> (englisch, <a rel="nofollow" class="external text" href="http://cqi.inf.usi.ch/qic/64_Landauer_The_physical_nature_of_information.pdf">usi.ch</a> [PDF]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Landauer-Prinzip&rft.atitle=The+physical+nature+of+information&rft.au=Rolf+Landauer&rft.date=1996&rft.doi=10.1016%2F0375-9601%2896%2900453-7&rft.genre=journal&rft.issue=4-5&rft.jtitle=Physics+Letters+A&rft.pages=188-193&rft.volume=217" style="display:none"> </span></li>
<li>Charles H. Bennett: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Notes on Landauer's principle, reversible computation, and Maxwell's Demon</cite>. In: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Studies in History and Philosophy of Science B</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>34</span>, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>3</span>, 2002, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>501–510</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/S1355-2198%2803%2900039-X">10.1016/S1355-2198(03)00039-X</a></span> (englisch, <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.cs.princeton.edu/courses/archive/fall06/cos576/papers/bennett03.pdf">princeton.edu</a> [PDF]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Landauer-Prinzip&rft.atitle=Notes+on+Landauer%27s+principle%2C+reversible+computation%2C+and+Maxwell%27s+Demon&rft.au=Charles+H.+Bennett&rft.date=2002&rft.doi=10.1016%2FS1355-2198%2803%2900039-X&rft.genre=journal&rft.issue=3&rft.jtitle=Studies+in+History+and+Philosophy+of+Science+B&rft.pages=501-510&rft.volume=34" style="display:none"> </span></li>
<li>Stefan Aimet, Mohammadamin Tajik, Gabrielle Tournaire, Philipp Schüttelkopf, João Sabino, Spyros Sotiriadis, Giacomo Guarnieri, Jörg Schmiedmayer, Jens Eisert: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Experimentally probing Landauer’s principle in the quantum many-body regime</cite>. In: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic"><a href="Nature" title="Nature">Nature</a> Physics</cite>. 5. Juni 2025, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1038/s41567-025-02930-9">10.1038/s41567-025-02930-9</a></span> (englisch).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Landauer-Prinzip&rft.atitle=Experimentally+probing+Landauer%E2%80%99s+principle+in+the+quantum+many-body+regime&rft.au=Stefan+Aimet%2C+Mohammadamin+Tajik%2C+Gabrielle+Tournaire%2C+...&rft.btitle=Nature+Physics&rft.date=2025-06-05&rft.doi=10.1038%2Fs41567-025-02930-9&rft.genre=book" style="display:none"> </span> Dazu:
<ul><li>Nadja Podbregar: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.scinexx.de/news/physik/warum-das-loeschen-von-daten-energie-kostet/">Warum das Löschen von Daten Energie kostet</a>. Experiment überprüft Gültigkeit wegweisender Theorie zum Informationsverlust für Quantensysteme. Auf <a href="Scinexx" title="Scinexx">scinexx</a>.de vom 17. Juni 2025.</li>
<li>Ingrid Fadelli <i>et al.</i>: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://phys.org/news/2025-06-approach-probing-landauer-principle-quantum.html">A new approach to probing Landauer's principle in the quantum many-body regime</a>. Auf phys.org vom 25. Juni 2025.</li></ul></li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>
<ol class="references">
<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">Orly Shenker: <cite style="font-style:italic">Logic and Entropy</cite>. 2000 (<a rel="nofollow" class="external text" href="http://philsci-archive.pitt.edu/115/">pitt.edu</a>).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Landauer-Prinzip&rft.au=Orly+Shenker&rft.btitle=Logic+and+Entropy&rft.date=2000&rft.genre=book" style="display:none"> </span></span>
</li>
<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text">Lídia del Rio, Johan Åberg, Renato Renner, Oscar Dahlsten, Vlatko Vedral: <cite style="font-style:italic">The thermodynamic meaning of negative entropy</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Nature</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>474</span>, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>7349</span>, 2. Juni 2011, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>61–63</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1038/nature10123">10.1038/nature10123</a></span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Landauer-Prinzip&rft.atitle=The+thermodynamic+meaning+of+negative+entropy&rft.au=L%C3%ADdia+del+Rio%2C+Johan+%C3%85berg%2C+Renato+Renner%2C+...&rft.date=2011-06-02&rft.doi=10.1038%2Fnature10123&rft.genre=journal&rft.issue=7349&rft.jtitle=Nature&rft.pages=61-63&rft.volume=474" style="display:none"> </span></span>
</li>
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