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
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
Fluctuation Theorems Containing Information for Autonomous Maxwell's Demon-assisted Machines
在这篇文章中，我们介绍了两种包含信息的涨落定理（FT）的自治麦克斯韦的恶魔辅助机。利用Jensen不等式，我们得到了机器整个过程的第二定律的Landauer原理公式。最后，我们利用我们的结果来分析一个新的信息设备。\pacs{05.70.Ln, 05.40.-a, 89.70.Cf}
2017-05-10 cond-mat.stat-mech
Overlooked Work and Heat of Intervention and the Fate of Information Principles of Szilard and Landauer
我们表明，任何外部干预（插入或删除的分区），破坏平衡或使其在一个系统中总是需要工作和热量，以确保第一定律得到遵守，一个事实，已被完全忽视的文献。因此，没有第二次违反法律。我们讨论的后果，我们发现的信息原则的Szilard和Landauer，并表明，没有信息熵是必要的。这一结果的相关性麦克斯韦的恶魔也被认为是。
2022-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Topological information device operating at the Landauer limit
本文提出基于拓扑物质自旋-动量锁定的麦克斯韦妖信息器件，利用核自旋存储，在兰道尔极限下运行，可提取每比特 $k_B T\ln2$ 电功，并具有理想忆阻器特性。
2023-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Maxwell's Demon Based on a Single Qubit
我们提出并分析了基于单个量子比特的麦克斯韦妖，避免了能级交叉。它的操作周期包括绝热驱动到最小能量分离点，测量量子比特状态和条件反馈。我们表明，从浴中提取的热量在温度$T$可以理想地接近Landauer极限的$k_BT\ln 2$每个周期，即使在量子制度。实际的demon效率受到Landau-Zener跃迁和与浴耦合的相互作用的限制。我们认为，使用一个标准的超导量子比特的恶魔的实验演示是完全可行的。
2015-11-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Work and information processing in a solvable model of Maxwell's demon
我们描述了一个极小模型的自主麦克斯韦恶魔，一个设备，提供工作整流热波动，同时写入信息到内存寄存器。我们精确地求解了模型的稳态行为，并构造了它的相图。我们发现，我们的设备也可以作为一个“兰道尔橡皮擦”，使用外部提供的工作，以消除信息从内存寄存器。通过揭示一个明确的，透明的操作机制，我们的模型提供了一个简单的范式，调查热力学的信息处理的小系统。
2012-06-25 cond-mat.stat-mech physics.hist-ph
The influence of measurement error on Maxwell's demon
在测量、反馈和擦除的任何一般循环中，当获得关于状态的信息时，测量将减少系统的熵，而根据朗道原理，擦除伴随着由于逻辑和物理相空间的压缩而导致的熵的相应增加。整个过程原则上是完全可逆的。测量误差减少了获得的信息和系统中的熵减少。擦除仍然产生相同的熵增加，整个过程是不可逆的。测量误差的另一个后果是应用了不良反馈，如果不应用适合于预期误差率的适当协议，则这进一步增加了熵产生。我们考虑了测量误差对一个现实的单电子箱Szilard发动机的影响。我们发现的最佳协议的周期作为所需的功率$P$和错误$ε$的函数，以及存在的最大功率$P^{\max}$。
2017-01-16 cond-mat.stat-mech
Entropy production and fluctuations in a Maxwell's refrigerator with squeezing
阐明量子性对热机运行和性能的影响是一个重大挑战。在这里，我们设想一个玩具模型，作为一个信息驱动的冰箱或作为热动力的信息擦除器，其中凝聚力可以自然地通过挤压热库引入。研究了瞬态熵产生涨落定理在有压缩和无压缩两种情况下的有效性，并将其分解为绝热贡献和非绝热贡献。压缩改变了涨落，并引入了熵交换的额外机制。这导致冰箱的冷却性能的增强，并克服了设置中的Landauer约束。
2018-06-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Information and thermodynamics: Experimental verification of Landauer's erasure principle
我们提出了一个实验，其中一位存储器的构建，使用一个系统的单个胶体粒子被困在调制双阱势。我们测量的热量耗散擦除位，我们建立的限制，长擦除周期的平均散热饱和的兰道界，即最小的热量必然产生删除一个经典位的信息。这个结果证明了信息论和热力学之间的密切联系。为了强调这种连接，我们还表明，一个详细的Jarzynski平等验证，检索Landauer的约束独立的系统上所做的工作。详细介绍了实验过程，并对实验误差进行了讨论
2015-03-23 cond-mat.stat-mech
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
Information and thermodynamics: fast and precise approach to Landauer's bound in an underdamped micro-mechanical oscillator
Landauer原理指出，擦除1位存储器至少需要$k_B T \ln 2$的能量，其中$k_B T$是系统的热能。我们研究了惯性对这个界限的影响，作为一位记忆的欠阻尼微机械振荡器限制在一个双势阱的反馈回路。势垒在几个$k_B T$范围内可精确调节。我们的措施，在随机热力学框架内，工作和热的擦除协议。我们从实验和理论上证明，在这个欠阻尼系统中，Landauer界达到了1%的不确定性，协议短至100 ms。
2021-05-25 cond-mat.stat-mech
Energy Requirement of Control: Comments on Szilard's Engine and Maxwell's Demon
在西拉德发动机和麦克斯韦妖的数学物理分析中，一个普遍的假设（显式或隐式）是可以忽略在西拉德发动机中重新定位活塞和在麦克斯韦妖中驱动活板门所需的能量。如果这个基本假设是错误的，那么大量文献中关于热力学第二定律和朗道擦除定理的结论也是不正确的。我们对西拉德发动机和麦克斯韦恶魔中各种控制类型的基本信息物理方面的分析表明，由于必要的信息产生而产生的熵产生比西拉德发动机能够产生的能量大得多的能量耗散，即使忽略其余这些恶魔中的所有耗散源（由于测量、决策、记忆等）。
2012-05-24 cond-mat.stat-mech physics.gen-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
Taming a Maxwell's demon for experimental stochastic resetting
本研究利用实验信息热力学在光阱中实现了热力学控制的随机重置，证明其能持续将热转化为功并作为不断擦除信息的麦克斯韦妖，且能量成本可降至Landauer极限，同时揭示了该过程的非各态历经性。
2024-11-13 cond-mat.stat-mech
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
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
Universal Landauer-Like Inequality from the First Law of Thermodynamics
本文证明仅凭热力学第一定律即可导出仅依赖系统信息的普适类 Landauer 不等式，为热耗散提供对偶上界，并适用于耗散量子态制备、量子信息擦除及非热库等场景。
2023-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Refining Landauer's Stack: Balancing Error and Dissipation When Erasing Information
非平衡态信息热力学确定了在时间对称控制协议下可靠擦除存储器的最小能量耗散。我们证明了它的界限是紧的，因此表明，成本压倒了兰道尔的能量约束信息擦除所隐含的。此外，在完美计算的限制下，成本会出现分歧。的结论是，时间不对称的协议，应开发高效，准确的热力学计算。而且，兰道尔的堆栈-全套理论预测的热力学成本-已经准备好进行实验测试和校准。
2020-11-28 cond-mat.stat-mech cs.ET math.DS
Nonequilibrium information erasure below kTln2
朗道原理指出，信息擦除需要散热。兰道尔最初的结果集中在平衡记忆上。在这里，我们调查的信息存储在一个非平衡态的对称两态存储器的复位。我们推导出一个非平衡广义的擦除原理，并证明了相应的界限上的工作和热量可以减少到零。我们进一步介绍复位协议，利用初始准备的能量和熵，使达到这些非平衡界限。最后，我们提供了支持这些研究结果的光学悬浮纳米球存储器的现实参数的数值模拟。我们的研究结果表明，局部耗散无信息重置是可能的远离平衡。
2018-06-04 cond-mat.stat-mech
Maximum work extraction and implementation costs for non-equilibrium Maxwell's demons
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Université catholique de Louvain（天主教鲁汶大学）；University of Essex（埃塞克斯大学）；MIT（麻省理工学院）
研究提出非平衡麦克斯韦妖在有限时间内最大功提取方法，采用高增益连续反馈机制，并通过电路实现展示能量与熵流分析，证明必须外部电源以符合热力学与Landauer原理扩展。
2014-07-22 cond-mat.stat-mech cs.SY eess.SY
Deriving the Landauer Principle From the Quantum Shannon Entropy
该研究从量子香农熵出发，推导了含噪热环境下量子态的平衡概率分布与任意量子态变化的最小自由能代价，证明量子比特擦除的自由能依赖于目标态保真度与环境性质，深化了对量子版兰道尔原理的认识。
2024-10-08 cond-mat.stat-mech quant-ph
Predictive Maxwell's Demons
在这里，我们研究的操作效率的有限尺寸有限响应时间麦克斯韦的恶魔，谁可以对未来的预测。我们比较了预测恶魔的热量和质量传输速率与非预测恶魔的热量和质量传输速率，发现预测恶魔可以在更长的时间内实现更高的质量和热量传输速率。我们确定了恶魔的性能如何随着响应时间，未来的视野，以及它们所操作的气体的密度而变化。
2020-05-26 cond-mat.stat-mech
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
Identifying Functional Thermodynamics in Autonomous Maxwellian Ratchets
我们介绍了一个家庭的麦克斯韦恶魔之间的相关性信息轴承自由度可以精确计算，并在紧凑的分析形式。这使得人们能够精确地确定恶魔功能热力学操作制度，当以前的方法要么错误分类或简单地失败，由于近似，他们调用。这表明这些恶魔比以前的候选人更有功能。它们也可以作为发动机，通过从单个热源中提取能量来提升质量以对抗重力，或者作为Landauer橡皮擦，通过减少它们各自的不确定性来消耗外部功以从二进制符号序列中删除信息。除此之外，我们的Demon还展示了一种新的功能，它不是通过简单地降低单个符号的不确定性来擦除比特，而是通过增加比特间的相关性（即通过增加时间顺序），同时增加单个符号的不确定性。在所有情况下，但特别是在新的擦除机制中，准确地解释信息相关性会导致对恶魔性能的严格限制，表示为改进的热力学第二定律，该定律依赖于动力学过程的柯尔莫哥洛夫-西奈熵，而不是像以前那样纯粹依赖于系统配置熵的变化。我们严格推导出精炼的第二定律在最小的假设，所以它适用于相当广泛-为恶魔与记忆和输入序列相关或不相关。我们注意到，一般麦克斯韦恶魔容易违反以前提出的，替代这样的界限，而目前的界限仍然成立。
2015-12-22 cond-mat.stat-mech math.DS nlin.CD
A Maxwell demon that can work at macroscopic scales
麦克斯韦的恶魔通过纠正热波动来工作。在宏观尺度上，波动变得可以忽略不计，动力学变得确定，人们不希望它们发挥作用。我们提出了一个电子实现的自主麦克斯韦的恶魔，确实停止工作，在经常宏观极限的动态变得确定性。然而，我们发现，如果提供给恶魔的功率被适当地放大，则避免了确定性限制，恶魔继续工作。付出的代价是热力学效率下降。我们的工作表明，在非平衡环境中可能会发现新的策略，使到目前为止只在微观尺度上观察到的宏观尺度的非平凡的影响。
2022-04-20 cond-mat.stat-mech
Information flows in macroscopic Maxwell's demons
最近提出了一种基于CMOS的自治麦克斯韦恶魔的实现（Phys. Rev. Lett. 129，120602），以证明麦克斯韦恶魔仍然可以在宏观尺度上工作，只要它的电源被适当地缩放。在这里，我们首先提供了一个完整的分析表征的非自治版本的模型。然后，我们研究系统恶魔的信息流在一般的自治二分设置显示宏观限制。通过这样做，我们可以研究由恶魔执行的测量和反馈过程的热力学效率。我们发现，信息流是一个密集的数量，因此，任何麦克斯韦的恶魔是必然会停止工作以上的有限规模，如果所有参数，但规模是固定的。然而，这可以通过适当地缩放热力学力来防止。这些一般结果适用于自主CMOS为基础的恶魔。
2022-12-23 cond-mat.stat-mech
Unified Jarzynski and Sagawa-Ueda relations for Maxwell's demon
利用牛顿力学，我们构造了一个麦克斯韦恶魔的一般模型，在这个系统中，引擎和存储器仅通过信息交换相互作用。我们证明了Jarzynski关系和两个Sagawa-Ueda关系同时成立，并论证了它们是唯一的具有自然分解性质的三元组。这种唯一性为互信息是关键量的论断提供了有力的支持。
2013-08-17 cond-mat.stat-mech
Computational Implementation of Maxwell's Knudsen-Gas Demon and Its Extension to a Two-Dimensional Soft-Disk Fluid
Puru Gujrati的一个有趣的预印本，“Maxwell's Demon Must Remain Subservient to Clausius' Statement”[热力学第二定律]，追溯了Maxwell's Demon的发展和应用。他以热力学的理由反对魔鬼。Gujrati在他对恶魔的批评中引入并使用了他自己版本的广义热力学。他的论文的复杂性和缺乏任何伴随的数值工作激起了我们的好奇心。互联网提供了超过200万的“点击”关于“麦克斯韦的恶魔”的主题。还有数百个恶魔的图像，叠加在气体或液体的容器上。然而，并没有那么多沿着模拟恶魔的过程。因此，我们认为编写和执行相对简单的FORTRAN程序是有用的，这些程序旨在实现麦克斯韦的低密度模型，并开发出全局Nosé-Hoover或局部纯牛顿热控制的替代品。这些模拟说明了与所有三种类型的恶魔相关的熵减少。
2022-01-10 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics and efficiency of an autonomous on-chip Maxwell's demon
在1870年的一封著名的信中，麦克斯韦描述了焦耳定律是如何被“仅仅是一个引导剂的智能行为”所破坏的，后来开尔文勋爵将其称为麦克斯韦的恶魔。在这封信中，我们研究热力学的信息使用实验可行的麦克斯韦的恶魔设置基于一个单电子晶体管电容耦合到一个单一的电子盒，在那里系统和恶魔可以清楚地识别。这种设计的片上Demon测量并执行系统反馈，可以观察到冷却，其效率可以调整。我们提出了一个详细的分析系统和恶魔，包括热力学第二定律的裸和粗粒度的熵产生和信息流，以及信息生产和利用的效率。我们的研究结果表明，信息热力学可以用来提高现代纳米器件的功能。
2015-12-26 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of a physical model implementing a Maxwell demon
我们提出了一个物理实现的麦克斯韦恶魔，它由一个传统的单电子晶体管（SET）电容耦合到另一个量子点检测其状态。总之，该系统是描述随机热力学。我们确定的制度，其中的能量的SET不受影响的检测，但其粗粒度的熵产生显示包含一个新的贡献相比，孤立的SET。这种额外的贡献可以被识别为信息流所产生的“麦克斯韦恶魔”的反馈在理想化的限制。
2013-01-30 cond-mat.stat-mech
An autonomous out of equilibrium Maxwell's demon for controlling the energy fluxes produced by thermal fluctuations
利用一个自治的非平衡麦克斯韦妖来反转两个不同温度的、由电热噪声耦合的电路之间的热通量的自然方向。恶魔不处理任何信息，但它通过使用与系统的两个水库的频率相关耦合来实现其目标。恶魔和系统之间没有能量通量，但总熵产生（系统+恶魔）是正的。恶魔可以由热电偶供电。该系统和恶魔是由类似于两个耦合的布朗粒子和布朗回转器的方程。因此，我们的研究结果铺平了道路的应用自主出平衡麦克斯韦恶魔耦合纳米系统在不同的温度。
2020-09-15 cond-mat.stat-mech
Equation of state in a small system: Violation of an assumption of Maxwell's demon
研究了含有少量粒子的理想气体的状态方程。由此产生的方程被发现不同于传统的热力学，这是惊人的说明时，考虑到传统的热力学问题麦克斯韦的恶魔。我们澄清了小系统中产生的热力学的这种不同特征的机制。
2007-10-26 cond-mat.stat-mech
Information Thermodynamics: Maxwell's Demon in Nonequilibrium Dynamics
我们回顾了信息热力学理论，该理论将测量和反馈的影响纳入小系统的非平衡态热力学，并讨论了热力学第二定律在这种情况下应如何扩展。我们解决的问题，可以从系统中提取的反馈控制器（麦克斯韦恶魔）的存在下，最大的工作，并提供了一些说明性的例子。我们还回顾了最近的一个实验，实现了一个麦克斯韦妖的基础上反馈控制棘轮。
2012-02-04 cond-mat.stat-mech
A Maxwell demon model connecting information and thermodynamics
在过去的十年中，已经提出了几个理论上的麦克斯韦恶魔模型，表现出诸如制冷、以信息为代价做功等效应，并且已经进行了一些实验来实现这些效应。在这里，我们提出了一个模型与两个级别的恶魔，信息表示的一个序列的位，和两个热源。恶魔与哪个水库互动取决于钻头。如果信息是纯的，一个存储器将被冷冻，另一方面，如果温差大，信息可以被擦除。这样一个系统的真正的例子进行了讨论。
2016-01-06 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics for "Maxwell demon" feedbacks
我们提出了一种方法，将一类特定的反馈过程的影响随机热力学。这些“麦克斯韦恶魔”反馈不影响系统能量学，而只影响系统状态之间的能量势垒（以取决于系统状态的方式）。因此，它们具有纯粹的信息性质。我们表明，由此产生的形式主义可以应用于研究的反馈过程中作用于电子转移通过结的热力学效应。
2012-07-09 cond-mat.stat-mech
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
Multipartite information flow for multiple Maxwell demons
热力学第二定律规定了物理系统之间可以交换的能量和信息量的基本限制。在这项工作中，我们扩展了热力学形式主义，描述这种流动的能量和信息开发的一对二分系统，许多多部系统。我们确定了一个自然的热力学量，描述了这些系统之间交换的信息。然后，我们介绍并讨论一个改进的版本。我们的结果说明了两个，竞争麦克斯韦恶魔的模型。
2015-01-22 cond-mat.stat-mech
Maxwell demons in phase space
虽然没有一个完整的“证明”的热力学第二定律的基础上微观动力学，两个性质的哈密顿系统已被用来证明不可能的工作提取从一个单一的热库：刘维定理和绝热不变性的体积封闭的能量壳。在本文中，我们分析了这两个性质的Szilard引擎和其他系统有关的麦克斯韦妖。特别是，我们记得，封闭的体积不再是一个绝热不变的非遍历系统，并探讨这对第二定律的后果。
2015-04-21 cond-mat.stat-mech
Role of measurement-feedback separation in autonomous Maxwell's demons
我们引入一种自主的信息热机（即，没有任何依赖于时间的参数），但是具有分离的测量和反馈过程。这个模型作为一个桥梁之间的其他类型的信息热机的灵感来自麦克斯韦的恶魔;从原来的Szilard引擎类型的系统，以自主恶魔设置。通过分析我们的模型的基础上介绍了在我们以前的文件[N。Shiraishi和T. Sagawa，Phys. Rev. E { \bf 91}，012130（2015）.]，阐明了测量与反馈分离在积分涨落定理中的作用。
2015-03-07 cond-mat.stat-mech
Sand as Maxwell's demon
我们考虑盒子内的颗粒状物质的稀释气体，通过摇动保持在静止状态。一堵墙将盒子分成两个相同的隔间，除了在某个有限高度$h$上的一个小孔。当气体冷却时，发生二级相变，其中颗粒优先占据盒子的一侧。我们开发了一个定量的理论，这种聚类现象，并找到良好的协议与数值模拟。
1999-06-17 cond-mat.stat-mech
A chemical reaction network implementation of a Maxwell demon
研究了一种基于化学反应网络的自主麦克斯韦妖模型，通过整流化学热涨落工作，发现受非平衡响应界限影响，其在宏观极限下无法产生有限输出，并从二部视角分析了其信息热力学。
2023-11-28 cond-mat.stat-mech
Characterizing autonomous Maxwell demons
我们区分传统的实现自主麦克斯韦恶魔相关的线性设备，最近提出的，不依赖于测量和反馈控制的概念。在这两种情况下，电流似乎与其自发方向相反地流动（例如，通过热或电梯度）而无需外部能量摄入。然而，在后一种情况下，这种电流反转可能仅是明显的。即使在系统和它的水库之间交换的电流是反向的（通过在系统和恶魔之间创建额外的独立电流），这也不足以得出通过系统的原始电流已经反向的结论。我们表明，这种区别可以通过测量系统水库电流的波动来揭示。
2021-03-15 cond-mat.stat-mech
Experimental study of mutual information in a Maxwell Demon
我们验证实验的波动关系称为广义Jarzynski等式（GJE）管理的反馈控制系统中的工作分布。反馈控制是在一个单一的电子箱类似于原来的Szilard发动机。在GJE中，互信息与热力学功同等对待。我们的结果阐明了互信息在不可逆过程热力学中的作用。
2014-05-06 cond-mat.stat-mech
Optimal Finite-time Maxwell's Demons in Langevin Systems
基于最优传输理论，本研究确定了Langevin系统有限时间信息交换中实现最小熵产生的最优协议，推导了高斯过程的简洁表达式，并展示了有限时间最优Maxwell妖模型，为超越准静态极限的热力学最优控制提供了通用策略。
2024-10-15 cond-mat.stat-mech
Maxwell's demons with finite size and response time
几乎所有关于麦克斯韦恶魔的理论分析都集中在其能量和熵的运行成本上。在这里，我们关注它的运行速度。在我们的模型中，恶魔的速率限制源于其有限的响应时间和门面积。我们确定了质量和能量转移的速率极限，以及四个这样的恶魔的熵减少：根据（1）方向，（2）能量，（3）数量和（4）熵选择粒子的恶魔。最后，我们确定了最佳的门的大小与小，有限的响应时间的恶魔，并比较我们的预测与分子动力学模拟与理想和非理想气体。最后，我们研究了恶魔在试图仅移动能量和粒子之一时能够沿选定方向移动能量和粒子的条件。
2019-07-10 cond-mat.stat-mech
Generalized Continuous Maxwell Demons
我们介绍了一个家庭的广义连续麦克斯韦恶魔（GCMD）操作的理想化的单比特平衡设备，结合单测量Szilard和重复测量的连续麦克斯韦恶魔协议。我们推导出提取的工作，信息内容和时间的周期分布，并计算不同模型的功率和信息工作效率的波动。我们表明，在最大功率的效率是最大的机会主义协议的连续型的稀有事件占主导地位的动态制度。我们还将分析扩展到有限时间的工作提取协议，将它们映射到一个三态GCMD。我们发现，在这个模型中的动态有限时间的相关性增加了信息到工作的转换效率，强调了时间相关性在优化信息到能量转换的作用。分析了有限时间功提取和恶魔记忆复位的影响。我们的结论是，GCMD模型在性能上比单一测量Szilard更有效，并且更适合于描述信息冗余世界中的生物过程。
2023-02-02 cond-mat.stat-mech
A Live Maxwell's Demon
麦克斯韦恶魔思想实验的第一个直接实验复制概述。该实验通过对标准飞行时间（TOF）小角中子散射（SANS）程序的结果进行新的解释来确定样品中粒子的速度/动能分布。有机玻璃在293 K下经受82.2 K下的中子。关键的结果是TOF速度分布曲线，它是293 K下有机玻璃核速度分布的直接空间和时间相关的显微探针。有了这条曲线，我们可以通过选择已知动能的中子来复制恶魔的方法。举一个例子：即，从293 K源产生两个库--热库和冷库，而不干扰其原始的293 K能量分布。
2019-06-03 cond-mat.stat-mech
Maxwell's demon, rectifiers, and the second law: Computer simulation of Smoluchowski's trapdoor
我们数值模拟了一个自动化版本的麦克斯韦的恶魔的灵感来自Smoluchowski的想法，1912年。两个等体积的气室通过一个由活板门覆盖的开口连接。活板门可以向左打开，但不能向右打开，目的是纠正两个腔室之间自然发生的密度波动。我们的研究结果证实，虽然活板门的行为作为一个整流器时，大的密度差异施加的外部手段，它不能提取有用的工作时，离开自己的分子的热运动。
2004-02-26 cond-mat.stat-mech
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
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
Is Szilard Engine Really Broken?
Vardhaman College of Engineering（瓦尔达曼工程学院）
本研究针对近期对西拉德引擎运行的质疑，采用范德瓦尔斯表面能原理验证，发现该引擎在特定条件下可借助已确立的活塞正常运行，证实其可行性。
2026-08-06 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Quantum and Information Thermodynamics: A Unifying Framework based on Repeated Interactions
我们扩大了标准的热力学框架的系统耦合到一个热库，考虑流的独立准备的单位反复接触的系统。这些单元可以处于任何非平衡状态，并以任意强度和持续时间与系统相互作用。我们表明，这个流构成了一个有效的资源的非平衡自由能，并确定的条件下，它的行为作为一个热，工作或信息水库。我们还表明，这种设置提供了一个自然的框架来分析信息擦除（“兰道尔原理”）和反馈控制系统（“麦克斯韦恶魔”）。在一个短的系统-单元相互作用时间的限制，我们进一步证明，这种设置可以用来提供一个合理的解释，许多有效的主方程。我们将讨论如何非自主驱动的系统，微脉泽，激光无反转，和电子麦克斯韦恶魔，可以在我们的框架内进行分析。虽然本框架考虑了量子特征（例如压缩，纠缠，相干），但我们也表明，量子资源在最大可提取工作方面与经典资源相比没有任何优势。
2017-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Operational derivation of Maxwell-Boltzmann distribution with Maxwell's demon model
麦克斯韦恶魔悖论的解决通过信息擦除原理将热力学与信息论联系起来。通过考虑一个被赋予由存储磁带和处理器组成的图灵机的恶魔，我们试图探索与统计力学基础的联系，并以“操作”的方式得出结果。在这里，我们提出了一个推导的玻尔兹曼分布平衡作为一个例子，没有假设的最大熵的原则。此外，由于该模型可以适用于非平衡过程，在原则上，我们证明了耗散涨落关系，以显示在这个方向上的可能性。
2015-11-26 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
