Moderní výpočetní technika neustále naráží na fyzikální hranice spojené s miniaturizací a chlazením. Prvním vědcem, který přesně definoval, proč počítače při zpracování informací generují teplo, byl Rolf William Landauer (4. února 1927 – 27. dubna 1999). Tento vynikající německo-americký fyzik svými objevy v oblasti termodynamiky zpracování informací a fyziky pevných látek navždy změnil pohled na to, jak funguje elektronika na fundamentální úrovni.
Útěk do USA a rychlý akademický vzestup
Rolf Landauer se narodil v německém Stuttgartu. Kvůli narůstajícímu nacistickému pronásledování Židů však musel v roce 1938 s rodinou emigrovat do Spojených států. Zde jeho talent pro exaktní vědy rychle vynikl. V roce 1943 úspěšně absolvoval Stuyvesant High School, jednu z prestižních newyorských škol zaměřených na matematiku a přírodní vědy.
Své vysokoškolské vzdělání spojil s věhlasnou Harvardovou univerzitou:
• Bakalářský titul z fyziky získal již v roce 1945.
• Po službě v americkém námořnictvu, kde působil jako elektrikář, se vrátil k akademické dráze.
• Doktorský titul (Ph.D.) na Harvardu úspěšně obhájil v roce 1950. Na jeho disertační práci dohlíželi významní fyzikové Léon Brillouin a Wendell H. Furry.
Desítky let inovací pod hlavičkou IBM
Své první profesní zkušenosti sbíral Landauer během dvouletého působení v laboratořích NASA (tehdy známých jako NACA) ve výzkumném centru v Clevelandu. Již ve věku 25 let však nastoupil do výzkumného oddělení společnosti IBM Research, se kterou spojil většinu své profesní kariéry.
V polovině 60. let se stal součástí úzkého dvoučlenného týmu, který měl na starosti řízení celé výzkumné divize IBM. Podílel se zde na mnoha průkopnických programech, včetně vývoje polovodičových laserů. V roce 1969 byl za své mimořádné zásluhy jmenován „IBM Fellow“, což je nejvyšší technické ocenění v rámci společnosti.
Landauerův princip a Landauerův vzorec
Největší stopu ve světě vědy a techniky zanechal Rolf Landauer v roce 1961, kdy formuloval takzvaný Landauerův princip.
• Tento princip stanovuje, že jakákoliv logicky nevratná operace, která manipuluje s informacemi (například smazání pouhého jednoho bitu v paměti), nevyhnutelně vede ke zvýšení entropie.
• Následkem toho se vždy rozptýlí určité, byť minimální, množství energie ve formě tepla.
• Tento objev má dnes zcela zásadní význam pro návrh kvantových počítačů a takzvané reverzibilní výpočetní techniky.
Vedle termodynamiky informací se Landauer zabýval také vodivostí neuspořádaných médií. Je autorem Landauerova vzorce, který matematicky dává do souvislosti elektrický odpor vodiče s jeho rozptylovými vlastnostmi. Významně také přispěl k teorii transportu elektronů, kde aplikoval myšlenky z teorie obvodů, a zkoumal kinetiku malých struktur náchylných k šumu.
Ocenění a vliv na dnešní infrastrukturu
Rolf Landauer zemřel 27. dubna 1999 ve svém domě v Briarcliff Manor na nádorové onemocnění mozku. Během svého života i po něm obdržel za své průkopnické příspěvky k fyzice výpočetní techniky a vedení elektrického proudu řadu prestižních ocenění:
• Zlatou medaili IEEE Edison Medal (1998).
• Medaili Stuarta Ballantina udělovanou Franklinovým institutem (1992).
• Cenu Olivera E. Buckleyho od Americké fyzikální společnosti (1995).
Závěry Rolfa Landauera jsou pro dnešní inženýry naprosto klíčové. Jeho práce dokazuje, že elektrický odpor a tepelné ztráty jsou nedílnou fyzikální součástí zpracování dat a přenosu energie. Právě kvůli těmto neúprosným fyzikálním zákonům je v moderní průmyslové automatizaci a IT infrastruktuře kladen tak obrovský důraz na precizní odvod tepla a špičkovou účinnost napájecích zdrojů a měničů, které zajišťují bezpečný a stabilní chod našich nejpokročilejších technologií.