Revisiting the Monge problem in the Landauer limit
我们讨论的质量输运的蒙赫问题的框架内的随机热力学和重新审视的问题的有限时间热力学的Landauer极限，一个问题，得到了兴趣的Krzysztof Gawedzki在过去的几年。我们表明，限制到一维，最佳运输有效地解决了众所周知的方法从微分方程数值。我们添加一个简短的讨论，这对优化现代计算机的处理的相关性。
2022-09-14 cond-mat.stat-mech
Generalising Landauer's Principle
在最近的一篇论文[Mar05]中，有人认为，要正确理解朗道原理的热力学，有必要扩展逻辑运算的概念，使其包括不确定性运算。在这里，我们更详细地研究这种操作的热力学，扩展Landuaer[Lan61]的工作，包括不确定性操作，并包括可变熵，温度和平均能量的逻辑状态。我们导出了Landauer原理的最一般的表述，并证明了它的普适性，大大扩展了以前证明的有效性。这证实了[Mar05b]中所做的说明，特别是所有逻辑运算原则上都可以以可逆的方式进行。我们展示了一个物理过程，可以执行任何计算，而无需工作要求或与环境进行热交换。朗道原理的许多广泛的陈述被证明只是我们的一般原理的特殊情况。
2009-11-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamically-Efficient Local Computation and the Inefficiency of Quantum Memory Compression
模块化耗散确定了本地实现的计算如何需要超出Landauer的热力学计算所需的成本。我们建立了一个有效的局部计算的一般定理，给出了一个局部运算具有零模块性代价的充分必要条件。应用于随机生成过程，它证实了一个猜想，即经典的发电机是有效的，当且仅当他们满足追溯，这使得最小的内存需求的发电机。这立即扩展到量子计算：任何采用量子内存压缩的量子模拟器都不可能具有高效率。
2020-02-01 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Finite-time Landauer principle beyond weak coupling
本研究针对单个费米子模式比特与储库强耦合的场景，通过热力学几何方法优化慢驱动擦除过程，推导并求解热力学度量与测地线方程，得到考虑非马尔可夫与强耦合效应的有限时间兰道尔界修正。
2023-10-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Landauer Principle and Thermodynamics of Computation
本文全面综述了计算热力学基础原理兰道尔界的最新研究进展，涵盖经典与量子领域实验、有限时间等多场景探究，还综述了计算过程能量界探索及纠错热力学问题，并展望了未来方向。
2025-08-04 cond-mat.stat-mech cs.CC cs.FL
Maxwell's Demon, Szilard Engine and Landauer Principle
热力学第二定律本质上是概率性的。它的公式要求系统的状态由概率分布描述。因此，一个自然的问题就产生了，关于系统状态的先验知识是否会影响第二定律。这个问题已经酝酿了一个多世纪，它的创始人是C。麦克斯韦通过他著名的思想实验得出了麦克斯韦恶魔的概念。在这个方向上的下一个重要步骤是由L。他演示了一个包含麦克斯韦恶魔的信息引擎的理论模型。导致信息论和热力学之间相互联系的最后一步是通过Landauer的信息擦除原理，该原理确立了信息是物理的事实。在这里，我们将提出一个概述这三个主要工作奠定了基础的信息热力学。
2019-04-10 cond-mat.stat-mech
An improved Landauer Principle with finite-size corrections
朗道原理将逻辑上不可逆过程中的熵减少和热耗散联系起来。朗道原理的大多数理论论证要么使用热力学推理，要么依赖于基于可验证假设的特定模型。在这里，我们的目标是一个一般的和最小的设置，制定兰道尔的原则，在精确的条款。我们提供了一个简单而严格的证明，该原则的改进版本，这是制定在一个平等，而不是一个不等式。证明是基于量子统计力学的概念，而不是热力学论证。从这个平等的版本中，我们得到明确的改进，取决于热储的有效尺寸的Landauer的界，并减少到Landauer的界只为无限大的水库。
2014-10-11 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Dynamical randomness, information, and Landauer's principle
从非平衡态热力学的新概念表明，朗道原理可以理解的时间不对称的动态随机性所产生的物理过程中的擦除数字信息。以这种方式，兰道尔原理被推广，表明与位序列的擦除相关联的耗散以每擦除位$k_{\rm B}I$的速率产生熵，其中$I$是每位的香农信息。
2008-01-17 cond-mat.stat-mech
Reversing the Landauer's erasure: single-electron Maxwell's demon operating at the limit of thermodynamic efficiency
根据朗道原理，信息的擦除是计算过程中唯一必然涉及能量耗散的部分。如果可逆地进行，则这种擦除对每个被擦除的信息位产生最小的$k_BT\ln 2$热量。这项工作的目标是讨论的实际逆转的最佳擦除，可以作为基础的麦克斯韦恶魔操作与最终的热力学效率所规定的热力学第二定律。对于所获得的关于由该恶魔使用的被测系统的每一比特信息，该恶魔从温度为$T$的平衡储热器中提取热的$k_BT\ln 2$。我们分析了以具有能级的离散谱的一般量子系统为工作体的麦克斯韦妖。在有效的二能级系统的情况下，该系统已基于单电子箱中单个电子的隧穿通过实验实现[J.V. Koski等人，PNAS 111，13786（2014）]，我们还研究了对恶魔的理想可逆操作的校正并使其最小化。这些修正包括，特别是，非绝热项所描述的一个版本的经典波动耗散定理。麦克斯韦妖的整体可逆性除了内在工作体动力学的可逆性之外，还需要测量和反馈过程的可逆性。原则上，通过开发用于测量单电子盒的各个电荷状态的可逆单电子电荷检测器，可以使单电子恶魔完全可逆。
2017-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Notes on Landauer's principle, Reversible Computation and Maxwell's Demon
通常被视为信息处理热力学基础的Landauer原理认为，任何逻辑上不可逆的信息操作，例如擦除一个位或合并两个计算路径，必须伴随着信息处理设备或其环境的非信息承载自由度的相应熵增加。相反，一般认为，任何逻辑上可逆的信息转换原则上都可以通过以物理上可逆的方式操作的适当物理机制来完成。这些概念有时被批评为错误的，或者是微不足道的和显而易见的，因此对于解释为什么麦克斯韦恶魔不能违反热力学第二定律的目的没有帮助。在这里，我试图反驳一些反对朗道原理的论点，同时认为，虽然在某种意义上它确实是一个微不足道的和明显的重述第二定律，它仍然有相当大的教学和解释能力，特别是在其他有影响力的思想在19和20世纪的物理学的背景下。Jeffrey Bub [arXiv：quant-ph/0203017]给出了类似的论点。
2003-01-09 cond-mat.stat-mech physics.class-ph physics.hist-ph
Landauer's principle and information at the cosmological horizon
本文指出膨胀宇宙中宇宙学表观视界的信息丢失不遵循Landauer原理，提出“宇宙学信息悖论”，并探讨了其对能量准局域描述及引力系统热力学适用极限的启示。
2024-12-25 cond-mat.stat-mech gr-qc quant-ph
Experimentally probing Landauer's principle in the quantum many-body regime
研究利用超冷Bose气体量子场模拟器，通过全局质量淬火和动态层析重建，实验验证了量子多体体系中的Landauer原理，展示了超冷原子平台研究量子热力学的能力。
2025-04-08 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Evolutionary design of thermodynamic logic gates and their heat emission
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文通过遗传算法设计热力学逻辑门，实现控制系统的热量与信息承载自由度的热排放量相匹配，提出热管理可融入程序设计的计算架构。
2026-09-03 cond-mat.stat-mech cs.NE
Landauer's Principle in a Quantum Szilard Engine Without Maxwell's Demon
量子Szilard发动机是热力学、信息论和量子力学的充分结合。西拉德发动机通常由麦克斯韦恶魔操作，其中朗道原理解决了明显的悖论。在这里，我们提出了一个Szilard发动机设置没有明确的麦克斯韦恶魔。在一个没有魔鬼的Szilard发动机中，不需要获取哪一边的信息，但是擦除和相关的散热仍然隐含地发生在功提取过程的本质上。我们看到，在量子Szilard引擎中插入分区并没有将粒子局限于一侧，相反，它创建了粒子在两侧的叠加态。为了能够从系统中提取功，粒子必须定位在一侧。定位是对粒子进行量子测量的结果，这表明测量过程的重要性，无论是否使用所获取的信息。根据朗道原理，通过量子测量的定位对应于逻辑上不可逆的操作，并且为此，它必须伴随着相应的热耗散。这表明，即使在没有麦克斯韦妖的量子Szilard引擎中，Landauer原理也是有效的。此外，我们充分考虑到量子限制效应，在量子制度彻底分析的Szilard循环，并获得高精度的解析表达式的工作和热交换。我们的研究结果表明，朗道的原则持有的关键作用，以了解热力学的局部化粒子的量子测量，这明确地保存第二定律中的魔鬼引擎，并表明，量子力学的考虑是必不可少的调和热力学和信息论。
2019-08-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Hawking evaporation and the Landauer Principle
本文证明霍金黑洞蒸发饱和兰道尔原理，表明黑洞信息丢失效率达到最优，并将分析推广到巴罗熵分形视界情形，首次揭示两者为同一过程的不同表达。
2024-08-12 cond-mat.stat-mech gr-qc quant-ph
Three types of Landauer's erasure principle: a microscopic view
本文基于经典微观定律的时间可逆性，将Landauer擦除原理分为强、中、弱三种类型，指出弱和中间类型在少原子器件中更具合理性。
2023-04-01 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Relations between Entropies Produced in Nondeterministic Thermodynamic Processes
Landauer的擦除原理被推广到具有任意数量的非对称逻辑状态的系统上的非确定性过程。无论初始逻辑状态如何，以相同方式应用过程的条件对与每个可能的转变相关联的个体热交换施加了一些限制。完整的一套这样的限制来自统计分析的相空间流引起的过程。兰道尔擦除原理可以从这些推导出来，并且是它们的一个特例。
2009-03-03 cond-mat.stat-mech
A non-equilibrium quantum Landauer principle
利用完全正性、保迹操作和热力学涨落关系的操作框架，导出了量子系统上Landauer擦除过程中热交换的一个下界.我们的约束来自于一个非唯象的兰道尔原理，适用于一般的非平衡动力学推导。此外，该界限依赖于动力学的非么正性，使其具有不同于其他推导的物理意义。我们应用我们的框架模型的自旋1/2系统耦合到一个相互作用的自旋链在有限的温度。
2015-01-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum information-cost relations and fluctuations beyond thermal environments: A thermodynamic inference approach
Shanghai University（上海大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本文基于最大熵原理，推导了超越兰道尔原理的通用信息成本关系，适用于多守恒电荷和非热环境的复杂量子场景，通过数值验证了信息成本与波动的约束关系。
2026-01-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
DEMONIC programming: a computational language for single-particle equilibrium thermodynamics, and its formal semantics
麦克斯韦的恶魔，“一种能力如此敏锐，以至于他可以跟踪每一个分子的过程”，一直是关于其违反热力学第二定律的能力的争论的中心。Landauer的假设，即恶魔必须擦除其记忆并产生热力学成本，已成为对麦克斯韦困境的标准回应，其对计算热力学的影响涉及量子和经典计算的许多领域。然而，这仍然是一个假设。争论往往集中在盒子里单个粒子的简单玩具模型上。尽管它们很简单，但这些系统准确表示热力学的能力（特别是满足第二定律）以及它们是否显示朗道擦除，一直是一个持续争论的问题。最近的诺顿-Ladyman争议就是这样一个例子。在本文中，我们介绍了一种程序设计语言来描述这些简单的热力学过程，并给出了一个正式的操作语义和程序逻辑作为基础的形式化推理的热力学系统。我们正式的基本单粒子操作的语言中的语句，然后表明，第二定律必须满足这些基本操作的任何组合。这是通过找到系统的计算不变量来完成的。我们表明，此外，这个不变的要求擦除成本存在于系统内，等于kTln 2位的信息：兰道擦除成为一个定理的正式系统。因此，诺顿-Ladyman的争议可以解决在一个严格的方式，而且我们介绍的形式主义提供了一套推理工具，进一步分析Landauer擦除，这是可证明符合热力学第二定律。
2015-11-05 cond-mat.stat-mech cs.LO cs.PL
Speed limit for a highly irreversible process and tight finite-time Landauer's bound
朗道界限是擦除一位信息的最小热力学成本。由于这一界限是可实现的，只有准静态过程，有限时间的操作会产生额外的能量成本。通过建立经典速度极限的一般形式，我们找到了一个紧的有限时间Landauer界。这个紧边界很好地捕捉了与高度不可逆过程的额外成本相关的发散行为，该过程的规模与几乎不可逆的过程不同。我们还发现了一个最佳的动态饱和的平等的界限。我们通过离散的一位和粗粒度位系统证明了这个界限的有效性。我们的工作意味着在高速不可逆计算过程中会发生比预期更多的散热。
2022-06-16 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic and Logical Reversibilities Revisited
我们回顾和研究计算热力学的一般理论，并推导出基本的不等式，在计算过程中的工作要求和热辐射的下限。这些不等式构成了广义Landauer原理，其中的信息量包含在热力学第二定律中。我们详细讨论了热力学和逻辑可逆性之间的关系;前者与包括热浴的整个系统中的熵产生有关，而后者仅与存储器的逻辑状态中的熵变化有关。特别是，我们澄清，任何逻辑上不可逆的计算可以在准静态极限，这并不矛盾的常规Landauer原则的一个philically可逆的方式进行。我们的论点将作为计算热力学的现代统计物理的理论基础。
2014-01-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Fooling the Landauer bound with a demon biased thermal bath
Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (ISIS) - UMR 7006, université de Strasbourg et CNRS（斯特拉斯堡大学与法国国家科学研究中心超分子科学与工程研究所）；CNRS, ENS de Lyon, Laboratoire de Physique（法国国家科学研究中心里昂高等师范学校物理实验室）
通过引入滞后效应，实验展示了如何在低于Landauer界的情况下实现信息擦除，揭示了Maxwell恶魔在减少熵和热力学成本中的作用。
2026-02-23 cond-mat.stat-mech
Effect of quantum coherence on Landauer's principle
量子朗道原理提供了一个基本的下限能量耗散发生的信息擦除在量子制度。虽然大多数研究都将擦除过程中的熵减与熵下界联系起来，但最近的工作也提供了另一个与耗散能热涨落有关的熵下界。这两个边界的共存刺激了它们的性能的比较研究，但是，这些研究进行的系统中的时间演化的对角（人口）和非对角（相干性）元素的密度矩阵解耦。在本文中，我们的目的是扩大比较研究，包括量子相干性诱导的倾斜系统-水库相互作用方向的影响。通过研究它们对信息承载系统初始状态的依赖性，我们发现，无论相干性的影响是否存在，边界的以下性质一般都是成立的：熵界作为一个充分混合的初始状态的更紧密的约束，而热力学界是更紧密的初始状态的纯度是足够高的。例外的情况是系统动力学只涉及相位弛豫的情况;在这种情况下，当初始相干性为零时，两个边界重合;否则，热力学边界服务于更紧的边界。我们还发现，量子信息擦除不可避免地伴随着恒定的能量耗散所造成的系统-水库的相关性，这可能会导致一个额外的能源成本擦除。
2022-03-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
Work extraction, information-content and the Landauer bound in the continuous Maxwell Demon
在最近的一篇论文中，我们介绍了一个连续版本的麦克斯韦恶魔（CMD），是能够提取大量的工作，每个周期的系统状态的重复测量。在这里，我们强调它的主要特点，如在平均提取工作中所发挥的作用的Landauer限制，连续字符的测量过程和我们的连续麦克斯韦恶魔和自治麦克斯韦恶魔之间的差异。我们证明了朗道不等式的逆转依赖于工作提取物质的结晶和机械稳定性。我们还强调的鲁棒性的香农定义的信息内容的存储序列中的限制，其中工作提取是最大的，并推动了大的信息内容的罕见事件。
2020-05-25 cond-mat.stat-mech
The impossibility of Landauer's bound for almost every quantum state
将任意初始状态重置为特定期望状态的热力学成本由Landauer界下界限定。然而，在这里，我们证明，这个下限是不可能实现的几乎每一个初始状态，任何可靠的复位机制。由于局部加热威胁快速退相干，这个问题是非常重要的不仅仅是能源效率。对于量子比特复位的情况下，我们发现任何可靠的复位协议解析的最小耗散状态，在这里介绍的熵流矢量。这使我们能够验证最近的一个关于熵产生对任何有限时间变换的初始状态依赖性的定理，因为它涉及到量子态的制备。
2021-03-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
Second law, Landauer's Principle and Autonomous information machine
热力学第二定律可以明显违反系统的动力学依赖于所获得的测量信息。然而，当人们将测量和擦除过程与系统一起考虑时，它节省了第二定律。我们考虑一个简单的信息机器的例子，其中信息被用作资源，以提高其性能。该系统连接到两个浴槽，一个工作源和一个用作信息库的移动带。器械的性能是自主的。该系统充当引擎、擦除器或冰箱。任何两个的组合都是可能的。所有这些可能性都是广义第二定律所允许的。
2016-11-07 cond-mat.stat-mech
The fundamental thermodynamic bounds on finite models
计算的最小热成本受Landauer原理的限制。在这里，我得出有限建模的界限-生产或预期的模式（时间序列数据）-通过设备，以分段的方式模型的模式，并配备了有限的内存。当产生一个模式，我表明，最小耗散是成比例的信息在模型的内存中的模式的历史，从来没有体现在设备的未来行为，必须从内存中删除。我提供了一个模型的一般结构，允许这种耗散减少到零。通过考虑消耗或影响模式任意变化的设备，我讨论了这些有限模型如何形成符合热力学第二定律的信息库框架。
2021-06-18 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Thermodynamic Constraints in Dynamic Random-Access Memory Cells: Experimental Verification of Energy Efficiency Limits in Information Erasure
Basic Research Laboratories, NTT, Inc.（NTT公司基础研究所）
研究通过硅DRAM单元单电子电容充电测量，发现信息擦除效率随擦除误差概率降低而下降，揭示了热力学约束阻止DRAM达到兰道尔极限的原因，为信息热力学研究开辟新方向。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Experimental nonequilibrium memory erasure beyond Landauer's bound
University of Vienna（维也纳大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；Medical University of Innsbruck（因斯布鲁克医科大学）；Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院）
本研究通过实验展示了非平衡记忆擦除超越兰道尔界限的可能性，利用非线性势场动态塑造实现了低能耗的完全记忆擦除。
2021-07-09 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
Minimizing Dissipation via Interacting Environments: Quadratic Convergence to Landauer Bound
通过相互作用环境实现二次收敛冷却，趋近兰道尔界限，提升能量效率。
2024-11-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Shortcuts to Thermodynamic Computing: The Cost of Fast and Faithful Erasure
朗道原理指出，信息处理的能量成本必须超过温度和信息承载自由度的香农熵变化的乘积。然而，这个下限只有在准静态的、接近平衡的计算中才能达到，也就是说，只有在无限长的时间内才能达到。在实践中，信息处理发生在有限的时间，导致耗散和潜在的不可靠的逻辑结果。对于过阻尼朗之万动力学，我们表明，反绝热潜力可以制作，以引导系统快速，准确地沿着所需的计算路径，提供快捷方式，允许有限时间计算的精确设计。这样的捷径需要额外的工作，超出了兰道的界限，这是不可挽回地消散到环境中。我们表明，这种耗散的工作是成正比的计算速度，以及信息存储系统的长度尺度的平方。作为一个典型的例子，我们设计了快捷方式来擦除亚稳定存储在双阱势中的一点信息。虽然耗散功一般随着擦除保真度的增加而增加，但我们证明了在有限时间内用有限的功进行完美擦除是可能的。我们还表明，信息存储的鲁棒性会影响擦除的能量成本-具体地说，耗散的工作尺度作为系统的信息寿命。我们的分析揭示了工作，速度，信息承载自由度的大小，存储鲁棒性以及初始和最终信息统计之间的差异之间的丰富而微妙的关系。
2018-12-28 cond-mat.stat-mech cs.ET cs.IT
Nonequilibrium quantum bounds to Landauer's principle: Tightness and effectiveness
我们评估两种不同的非平衡量子Landauer界限：传统的方法的基础上的熵的变化，称为“熵界”，和一个基于的细节的动力学地图，称为“热力学界”。通过首先限制到一个简单的精确可解的模型耦合到一个有限维的热环境中的一个单一的两级系统，并通过利用保持相互作用的激发，我们建立起主导作用的人口项在支配这些边界的紧密性相对于耗散热，并明确建立，凝聚力只影响熵的约束。此外，我们表明，这两个数量的相对性能之间的尖锐的边界出现，并发现有明显的情况下，这两种方法返回一个绑定弱于克劳修斯的第二定律的声明，使他们无效。最后，我们表明，我们的结果扩展到通用的相互作用条款。
2017-10-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of Information
该论文回顾信息热力学领域，从麦克斯韦妖到兰道尔原理，阐述信息处理与热力学第二定律的双向影响，并介绍基于非平衡统计力学的最新理论进展。
2023-06-20 cond-mat.stat-mech physics.hist-ph
Information erasure in copolymers
信息擦除在分子尺度上的共聚物的解聚过程中示出，需要根据朗道的原则，并作为热力学第二定律的结果的最小熵产生。这个一般的结果说明了一个完全可解的共聚模型，这也表明，最小熵产生，是可能的一个特定的分子机制解聚可能大于最小所需的朗道原理。
2013-08-27 cond-mat.stat-mech
Dynamics of information erasure and extension of Landauer's bound to fast processes
利用双势阱作为物理存储器，我们通过实验和数值模拟研究了擦除过程中的能量交换，并对快速操作的代价进行了定量建模。在随机热力学框架内，我们发现的起源的开销兰道的界限所需的快速操作：在过阻尼制度这一项主要来自耗散，而在欠阻尼制度，它源于加热的内存。事实上，在准静态协议期间，系统始终与其环境一起热化，但对于快速协议，相对于工作流入，到恒温器的低效热传递被延迟，导致瞬时温度上升。由擦除过程的综合统计物理描述定量描述的变暖在动能和势能上都是明显的：它们不再符合均分。因此，擦除信息的平均功和热量相应地增加。它们都受有效Landauer极限$k_B T_{eff} \ln{2}$的限制，其中$T_{eff}$是处理期间存储器的实际温度的加权平均值。
2022-02-01 cond-mat.stat-mech
Minimal Energy Cost for Thermodynamic Information Processing: Measurement and Information Erasure
给出了测量和擦除信息所需的热力学能量成本（功）的基本下界，擦除的下界证明了“Landauer原理”在一种特殊情况下成立，但也意味着它的崩溃，表明逻辑可逆性和物理可逆性之间不存在唯一的关系。我们的结果构成了“信息热力学”第二定律，其中的信息量和热力学变量被同等对待。
2009-05-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum fluctuations hinder finite-time information erasure near the Landauer limit
信息是物理的，但信息也是在有限的时间内处理的。在计算协议方面，量子体系中的有限时间处理可以动态地产生相干性。在这里，我们表明，这可能有显着的热力学影响。我们证明，量子相干性产生的能量本征基的系统进行有限时间的信息擦除协议产生罕见的事件与极端耗散。这些波动是纯粹的量子起源。通过研究慢驱动极限下耗散热的全统计量，证明了相干性对所有统计累积量的非负贡献。使用简单和范例的例子，单比特擦除，我们表明，这些极端耗散事件产生不同的，实验上可区分的签名。
2020-10-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Approaching the Landauer Bound without Slowing Down
Xiamen University（厦门大学）；Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）；Zhejiang University of Science and Technology（浙江科技学院）
本文从准静态过程、有限时间重置和规模效应三方面证明相干量子比特集体重置在热力学代价和性能上优于并行重置，为量子器件制造提供理论蓝图。
2026-11-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Charge discreteness and the energy efficiency of information erasure in dynamic random-access memory cells
Basic Research Laboratories, NTT Inc.（NTT公司基础实验室）；Institute for Multidisciplinary Sciences, Yokohama National University（横滨国立大学多学科科学研究所）
该研究通过随机热力学模型分析DRAM单元，发现电荷离散性与热能的比值κ越大，信息擦除能量效率越高，κ是控制此类存储电路基本效率上限的关键参数。
2026-08-03 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of Computation for CMOS NAND Gate
本文研究亚阈值CMOS NAND门的热力学成本，从兰道尔界限和初始-稳态分布差异两方面分析耗散，发现不同输入下兰道尔界限同阶，且可靠性与耗散并非总存在权衡。
2023-08-30 cond-mat.stat-mech
The Thermodynamic Costs of Simple Linear Regression
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文研究了简单线性回归算法的热力学成本，推导了在一般化误差需求下训练线性回归模型的最佳数据集大小的能耗感知缩放定律，并讨论了降低连续输入变量算法熵产的方法。
2026-05-18 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
On the efficiency of an autonomous dynamic Szilard engine operating on a single active particle
本文研究单活性粒子驱动的自主动态西拉德发动机，通过引入显式测量装置和反馈控制回路，用超额熵产生量化测量成本，揭示测量精度对发动机效率的影响。
2024-01-16 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Balancing Error and Dissipation in Computing
现代数字电子支持非常可靠的计算，特别是考虑到控制在波动环境中相互作用的纳米级逻辑组件的挑战。然而，我们证明了高可靠性的限制是受到一个基本的错误能源效率的权衡，所产生的时间对称控制：需要一个低概率的错误导致能源消耗发散为对数的逆错误率的非互易逻辑转换。计算的互易性（自可逆性）是比逻辑可逆性（可逆性）更严格的热力学效率条件，后者是兰道尔关于擦除信息的工作的根源。在工程计算之外，结果确定了生物有机体进行的遗传信息稳态转换中的通用错误耗散权衡。我们的经验是，在时间对称控制下的计算不能达到，而且往往远远高于兰道尔极限。通过这种方式，时间不对称性成为高效计算的设计原则。
2020-06-03 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Landauer in the age of synthetic biology: energy consumption and information processing in biochemical networks
合成生物学的一个中心目标是设计复杂的合成细胞电路，可以响应特定的输入执行复杂的计算和信息处理任务。我们理解和操纵细胞信息处理网络的能力的巨大进步提出了几个基本的物理问题：细胞电路的分子组件如何利用能量消耗来改善信息处理？人们能否利用热力学的思想来改进合成细胞电路和模块的设计？在这里，我们总结了最近的理论工作解决这些问题。细胞回路中的能量消耗有五个基本目的：（1）增加特异性，（2）操纵动力学，（3）减少变异性，（4）放大信号，（5）擦除记忆。我们用几个简单的例子来证明这些想法，并讨论了这些理论思想对新兴的合成生物学领域的影响。最后，我们讨论了如何可能克服这些限制使用“翻译后”合成生物学，利用可逆的蛋白质修饰。
2015-05-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.MN
Adiabatic computing for optimal thermodynamic efficiency of information processing
本文研究快速信息处理中的热力学效率问题，证明欠阻尼系统在耗散消失极限下可实现与环境热绝缘的绝热快速擦除，将Landauer界限优化为绝热界限$W_a = k_B T_0$。
2024-01-10 cond-mat.stat-mech
Second law, entropy production, and reversibility in thermodynamics of information
我们提出了一个信息热力学的基本概念的教学审查，通过集中在热力学第二定律和熵产生。特别是，我们讨论了热力学可逆性，逻辑可逆性和热辐射的背景下，朗道原理和澄清，这三个概念是从根本上彼此不同的关系。我们还讨论了测量和麦克斯韦妖反馈控制的热力学。我们澄清恶魔和第二定律确实是一致的，在测量和反馈过程中单独，通过包括互信息的熵产生。
2017-12-19 cond-mat.stat-mech
Revisiting thermodynamics in computation and information theory
本文回顾了从Landauer原理到现代复杂计算机制的计算热力学进展，探讨了计算与纠错的热力学成本，并讨论了具有热力学成本效益的替代计算模型。
2024-08-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Extending Landauer's Bound from Bit Erasure to Arbitrary Computation
最近的分析已经计算了当两个条件成立时执行计算pi所需的最小热力学功：pi的输出独立于其输入（例如，如在位擦除中）;我们使用物理计算机C来实现专门为C的环境定制的PI，即，C的输入的精确分布P_0。首先，我将这些分析扩展到计算所需的功，即使pi的输出取决于它的输入，即使C不与分布P_0一起使用。接下来，我将展示如果C将被重用，那么运行它的最小工作量仅取决于逻辑计算pi，与C的物理细节无关。这在（可重用）计算机的热力学和理论计算机科学之间建立了一个正式的身份。我用这个恒等式来证明，在"通用计算机"而不是专用计算机上计算一个比特串sigma所需的最小工作量，即，在通用图灵机U上，是k_BT ln（2）乘以三项之和：sigma的Kolmogorov复杂度，计算sigma的字符串集合的Bernoulli测度的对数，以及U的停止概率的对数。我还证明，使用C与分布在环境中的结果在运行计算机所需的工作不可避免的增加，即使它是针对分布在环境中。最后，我使用这些结果与生物体/机器人/生物圈上的自由能通量事件的最大计算量，生物体/机器人/生物圈可以做每单位时间。
2015-11-24 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Aspects of the Second Law of Thermodynamics from Quantum Statistical Mechanics to Quantum Information Theory
Kullback-Leibler不等式是比较任意两个密度矩阵的一种方法。建立物理系统的密度矩阵的技术是使用最大熵原理，给定熵作为密度矩阵的函数，服从已知的约束。结合密度矩阵的主方程，这两个成分使我们能够在最广泛的范围内制定热力学第二定律。因此，量子统计力学和量子信息中出现的问题都可以处理。热力学概念的方面，如卡诺循环将被讨论。一个模型进行检查，以阐明纠缠的作用，在朗道擦除问题。
2002-07-25 cond-mat.stat-mech
Large work extraction and the Landauer limit in a continuous Maxwell demon
熵和信息之间的关系可以追溯到经典的麦克斯韦恶魔（MD）悖论，一个由J。麦克斯韦违反热力学第二定律。经典MD的一个变体是L. Szilard于1926年在其中恶魔观察，在给定的时间，由一个单一的分子在容器中所占的隔间，并通过操作滑轮装置提取工作。在这里，我们介绍了连续麦克斯韦恶魔（CMD），一个设备能够提取任意大量的工作，每个周期通过重复测量系统的状态，并在实验上测试它在单个DNA发夹拉实验。在CMD中，恶魔通过以等间隔的时间间隔观察DNA发夹的状态（折叠或展开）来监测DNA发夹的状态，但提取仅在分子改变状态时才起作用。我们证明，平均最大的工作，每个周期，可以提取的CMD是有限的存储序列的信息内容，符合第二定律。工作提取效率被认为是最大的大信息内容的限制，工作提取是由罕见的事件。
2020-05-25 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics from information
热力学和信息有着错综复杂的相互关系。信息是物理的这一事实的证明是通过将信息和热力学联系起来来完成的-通过Landauer原理。这种现代的信息处理方法最近提高了我们对热力学的理解，无论是在经典还是量子领域。在这里，我们表明热力学作为信息守恒的结果。我们的方法可以应用到大多数一般情况下，系统和热浴可以是量子的，任意大小的，甚至可以消除系统间的相关性。该方法不依赖于与热浴相关联的先验预定温度，这对于有限尺寸的情况是没有意义的。因此，热浴和系统并没有不同，而是两者都被平等对待。这导致了热力学的“温度”无关的公式。我们利用了这样一个事实，即对于固定数量的粗粒度信息，用冯诺伊曼熵来衡量，任何系统都可以转换到一个具有最小能量的状态，而不改变它的熵。这种状态被称为完全被动状态，它假定具有固有温度的玻尔兹曼-吉布斯标准形式。这导致我们引入束缚能和自由能的概念，我们进一步使用它们分别量化热和功。在信息守恒的指导原则下，我们发展了平衡、热和功的普遍概念，朗道原理以及热力学的普遍基本热力学定律。我们表明，量子发动机的最大效率，配备了有限的浴，一般低于理想的卡诺发动机。我们还介绍了一个资源理论框架的内在温度为基础的热力学，在其中我们解决的问题，工作提取和状态转换。
2018-05-25 cond-mat.stat-mech physics.hist-ph quant-ph
Transforming Metastable Memories: The Nonequilibrium Thermodynamics of Computation
框架计算作为亚稳态记忆的转换，我们探讨其基本的热力学极限。信息的真正力量来自于这里导出的非平衡自由能的新分解，它提供了粗粒度存储系统的严格热力学描述。在准静态极限下，逻辑上不可逆的操作可以用热力学可逆性来完成。然而，在这里，我们表明，超出可逆的工作兰道界需要的计算，耗散必须引起模块化计算和计算中使用的内存元素之间的统计结构被忽略。一般的结果，然后应用于评估所有的两个输入-一个输出逻辑门，包括通用NAND门的热力学成本。交织的讨论阐明了麦克斯韦恶魔和信息引擎的前景，以及未来超高效计算机的机会。
2018-08-10 cond-mat.stat-mech physics.app-ph
The (absence of a) relationship between thermodynamic and logical reversibility
Landauer擦除似乎在热力学和信息处理（逻辑计算）之间提供了强有力的联系。唯一需要产生热量的逻辑操作是逻辑上不可逆的操作，最小的热量产生是每丢失一位信息产生$kT \ln 2$。然而，它将显示逻辑可逆性既不意味着，也不意味着热力学可逆性。通过研究逻辑上不可逆的物理可逆运算，可以表明信息和熵虽然具有相同的形式，但在概念上是不同的。
2004-06-27 cond-mat.stat-mech physics.gen-ph physics.hist-ph
