Learning optimal erasure of a Static Random Access Memory
本研究结合随机热力学框架与机器学习优化技术，证明SRAM可高速擦除且热耗散有限，推翻了热耗散与擦除速度线性相关的观点，还得到了最小热耗散驱动协议，为存储器设计提供依据并填补了理论与应用的空白。
2024-11-04 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of memory erasure via a spin reservoir
具有多守恒量的热力学为设计新型器件提供了一个有希望的方向。例如，Vaccaro和Barnett的[J. A. Vaccaro和S. M. Barnett，Proc. R. A 467，1770（2011）; S. M. Barnett和J.A. Vaccaro，Entropy 15，4956（2013）]提出了信息擦除方案，其中擦除的成本仅仅是能量以外的守恒量，允许新种类的热机。在最近的工作中，我们研究了擦除代价在自旋角动量中的离散涨落和平均界。在这里，我们用自旋等价的功（称为自旋劳动）和自旋等价的热（称为自旋热）来说明成本。我们发现，先前发现的约束上的擦除成本的$γ^{-1}\ln{2}$可以违反的spinlabor成本，并只适用于spintherm成本。我们得到三个边界为不同的擦除协议，并确定一个提供了最严格的约束。为了完整性，我们推导出一个广义Jarzynski等式和违反的概率，这表明对于特定的协议，违反的概率可以是惊人的大。我们还推导了一个积分涨落定理，并利用它来分析使用自旋库的信息擦除的成本。
2021-05-12 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
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
Memory Erasure using Time Multiplexed Potentials
本文研究了有限宽时间复用谐振势作用下布朗粒子的热力学性质。利用时间复用电位实现的记忆存储机制和擦除协议，在实验上实现了工作接近朗道界的擦除。我们量化的系统上所做的工作时间复用的占空比，这也提供了一个处理方法可逆擦除。基于Langevin动力学的仿真模型，建议的存储位和擦除协议，指导实验实现。该研究还提供了微观尺度上的运输见解。
2017-03-03 cond-mat.stat-mech
Optimal control of bit erasure in stochastic random access memory
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Kavli Energy NanoScience Institute（卡弗里纳米科学能源研究所）
研究通过互补金属氧化物半导体模型分析随机访问内存中比特擦除的热力学成本，发现动态RAM在准静态极限下能耗最低，而静态RAM需在有限时间内高效操作以维持位状态。
2026-08-07 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
The Thermodynamic Cost of Erasing Information in Finite-time
本文以对称双势阱中的Brownian粒子为模型，推导有限时间内任意连续协议擦除经典比特的功分布解析方法，并以线性倾斜双抛物势为例完成计算与数值验证。
2023-04-26 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Yield Strength as a Thermodynamic Consequence of Information Erasure
我们观察到，各种材料，包括高度结构化和密集堆积的金属，合金和半结晶聚合物的屈服强度是合理的近似材料的热能密度。这表明，它与在塑性形变过程中所做的不可逆功的熵成本有关，而不是取决于材料弹性模量的熵成本。在这里，我们建议，在结晶固体中的材料重排的熵成本产生的差异，在积木位置的不确定性之前和之后产生和估计它使用Landauer的信息处理原理。由此获得的屈服强度由材料的热能密度乘以ln（2）给出，并提供了估计材料强度的指南，补充了“固体的理论强度”。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-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
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
Demon Dynamics: Deterministic Chaos, the Szilard Map, and the Intelligence of Thermodynamic Systems
我们介绍了一个确定性的混沌系统-Szilard映射-封装的测量，控制和擦除协议，麦克斯韦恶魔提取工作从热库。在一个动态的实施例中实现恶魔的控制功能，我们的建设对称恶魔和热力学系统，允许一个探索他们的功能和恢复之间的基本权衡的热力学成本耗散由于测量和由于擦除。这张地图的混乱程度--由Kolmogorov-Sinai熵捕获--是从热浴中提取能量的速率。此外，引擎的统计复杂性量化了它运行所需的最小系统内存。这样，动态不稳定性的控制协议在智能热力学系统中起着重要的和建设性的作用。
2015-06-13 cond-mat.stat-mech
Realizing Information Erasure in Finite Time
在这篇文章中，我们专注于在有限时间内擦除一位信息。朗道原理指出，由于信息擦除而导致的平均热耗散是k_B T ln 2，这只能以渐近的方式实现。非平衡态热力学和随机控制的最新理论发展，预测一个更一般的有限时间擦除依赖于初始和最终配置之间的Wasserstein距离的约束。这些预测表明，实验协议的改进方面，最大限度地减少平均热耗散位擦除在有限的时间内从一个过阻尼朗之万动力学。我们提出了一个理论上的最优协议与现有协议的比较研究，并突出了接近和偏离最优性
2018-09-24 cond-mat.stat-mech math.OC
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
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
Erasure without work in an asymmetric, double-well potential
根据Landauer的原理，擦除存储器需要至少每比特$kT\ln2$的平均工作。最近的实验已经证实了这一预测的一位存储器所代表的对称双阱势。在这里，我们提出了一个实验研究的擦除存储器编码的非对称双阱电位。使用反馈陷阱，我们发现，平均工作擦除可以小于$kT\ln2$。令人惊讶的是，擦除协议的不同微妙的渐近工作，结果我们解释表明，一个协议是对称的时间反转，而其他的是不是可测量的不同值。协议之间的差异有助于澄清热力学和逻辑可逆性之间的区别。
2016-10-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Universal validity of the second law of information thermodynamics
本文通过精确刻画所有与热力学第二定律相容的量子反馈控制与擦除协议，证明信息热力学第二定律具有普适有效性，并在更少假设下统一了以往结果。
2024-11-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
How to train your demon to do fast information erasure without heat production
本文提出利用神经网络“恶魔”学习反馈控制协议，在不消耗功或不产生热量的情况下实现快速内存擦除，通过非局部热交换机制在保持热力学第二定律的同时优化计算机能量流动。
2023-11-13 cond-mat.stat-mech cs.NE
A Shortcut to Finite-time Memory Erasure
针对有限时间控制下系统响应延迟导致记忆重置不准的问题，提出引入辅助控制的捷径策略，结合热力学几何推导最优擦除协议以最小化能耗，为低耗有限时间记忆擦除提供设计原理。
2023-07-03 cond-mat.mes-hall 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
Controlled Erasure as a Building Block for Universal Thermodynamically-Robust Superconducting Computing
本文提出利用控制擦除协议操控超导量子干涉器件（SQUID）的有效势能景观，以热力学鲁棒方式实现通用 NAND 门，从而构建 GHz 以上频率、$k_\ ext{B} T$ 能量尺度的快速节能超导计算基底。
2024-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Experimentally achieving minimal dissipation via thermodynamically optimal transport
Tohoku University（东北大学）；The University of Tokyo（东京大学）
通过光学陷阱微粒实验实现热力学最优传输，最小化有限时间内耗散，并验证信息擦除中耗散与Wasserstein距离的关系。
2025-03-03 cond-mat.stat-mech
Nonorthogonal-state erasure as the resource behind apparent second-law violations
Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程科学研究院研究生院）；Department of Sciences, Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学理学院）
该研究指出非正交态擦除是表观第二定律违反的资源，修正了此前认为非正交态区分可从单一热库提取功的错误认知，通过重新分析佩雷斯型西拉德引擎证实了这一结论。
2026-08-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Improving the efficiency of finite-time memory erasure with potential barrier shaping
Indian Institute of Technology Mandi（印度理工学院曼迪分校）
本文研究了通过不对称势垒塑形提高有限时间记忆擦除效率的方法，发现不对称势能对擦除过程的效率有显著影响，并建立了低于Landauer界限的理论框架。
2026-03-12 cond-mat.stat-mech
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
Nonequilibrium Thermodynamics of Associative Memory Continuous-Time Recurrent Neural Networks
BCAM – Basque Center for Applied Mathematics（巴斯克应用数学中心）；Biofisika Institute（生物物理研究所）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊卡巴斯基，巴斯克科学基金会）
针对连续时间循环神经网络内部动力学难解释的问题，本文提出带非对称耦合的类Hopfield联想记忆新型CTRNNs，搭建低维可观测量动力学与非平衡网络统计力学的桥梁，提升复杂序列编码网络的可解释性。
2025-11-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech nlin.CD
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
Optimizing optimal transport: Role of final distributions in finite-time thermodynamics
The University of Tokyo（东京大学）；Inamori Research Institute for Science（稻盛科学研究所）
针对过阻尼朗之万系统，本文开发统一框架，利用最优传输理论中最终分布的可变性，结合拉格朗日乘数法推导最优最终分布以最小化有限时间热力学成本，适用于多类任务，可为高速低能耗设备提供设计原则。
2026-10-08 cond-mat.stat-mech
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
Minimally dissipative multi-bit logical operations
将多比特逻辑门表述为最优传输问题，利用熵正则化非平衡最优传输推导出能量-速度-精度权衡关系，并结合生成建模构建动态控制器，实现接近最优耗散的低能耗计算。
2025-06-30 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
Time-cost-error trade-off relation in thermodynamics: The third law and beyond
Center for Gravitational Physics and Quantum Information, Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学引力物理与量子信息研究中心，汤川理论物理研究所）；Department of Physics, Kyoto University（京都大学物理学系）
针对随机和量子热力学中资源与误差约束的不明确问题，本文引入分离态概念建立统一框架，揭示时间-成本-误差三方权衡关系，量化第三定律不可达性原理并扩展至量子领域。
2025-10-23 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
Thermodynamic cost of acquiring information
信息论和热力学之间的联系已被证明是非常有用的建立边界限制的物理过程。Landauer的擦除原理和信息辅助工作提取等思想不仅极大地扩大了我们对自然界施加的基本限制的理解，而且还启发了信息处理设备的实际实现途径。复杂的信息热力学关系也需要一个基本的限制参数估计，建立信息采集的热力学成本。更具体地说，我们表明，可以在物理系统中编码的信息量（并因此提取）通过任何过程是有限的耗散的工作过程中的实施。这包括信息获取的热力学权衡。同样，任何信息获取过程最终都受到热力学第二定律的限制。这种权衡可以在几个知识领域中找到应用，因为参数估计是所有自然科学和几种技术应用（如计量学）的基础。
2013-05-09 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
Numerically exact open quantum system work statistics with process tensors
University of Manchester（曼彻斯特大学）；Technical University of Dortmund（多特蒙德工业大学）；Heriot-Watt University（赫瑞瓦特大学）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）
本文提出一种过程张量框架，用于精确计算驱动开放量子系统的工作统计，揭示量子特征并提升擦除协议保真度。
2025-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Finite-bath corrections to the second law of thermodynamics
热力学第二定律指出，当且仅当一个系统的自由能降低时，该系统与一个热浴接触，可以发生相变。然而，这一陈述的“如果”部分仅在有效热浴为无限大时为真。在这篇文章中，我们删除了这种理想化，并得出修正的第二定律的情况下，浴有一个有限的大小，或等效有限的热容量。这也可以被翻译为持续一个有限的时间的过程，我们表明，在这个政权的化学可逆性丢失。我们这样做是完全一般性的，也就是说，没有假设任何特定的模型为浴，唯一的参数定义浴是它的温度和热容。我们发现与二阶香农信息理论的连接，特别是在Landauer擦除的情况下。我们还考虑了非波动工作的情况下，并推导出有限浴修正的最小和最大自由能在单发热力学。
2017-04-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Szilard Engines as Quantum Thermodynamical Systems
我们分析了一个发动机的工作流体由一个单一的量子粒子，并行西拉德的建设一个经典的单粒子发动机。在他使用后者解决麦克斯韦第二定律悖论之后，量子引擎的设计反映了经典的混沌Szilard Map，它操作测量，热能提取和内存重置的热力学循环。聚焦于观察和控制粒子的热力学成本，并在量子和经典极限中比较这些成本，我们详细介绍了量子和经典制度中信息处理引起的热力学耗散的朗道原理背后的热力学权衡。特别是，发现与经典发动机，我们表明，在一个周期的热力学成本的总和服从广义朗道原理，精确平衡从热浴中提取的能量。因此，量子引擎遵守第二定律。然而，量子引擎是通过完全不同的机制来实现的：经典的测量和擦除决定了热力学，而在量子实现中，分区插入的成本是关键。
2022-12-06 cond-mat.stat-mech nlin.CD quant-ph
Fluctuation-dissipation relations for thermodynamic distillation processes
涨落耗散定理是统计物理学中的一个基本结果，它建立了系统对扰动的响应与平衡状态下与可观测量相关的涨落之间的联系。在这里，我们得到它的版本内的资源理论的框架，其中一个调查的热力学约束下的最佳量子态转换。更确切地说，我们首先讨论了最优热力学蒸馏过程，然后证明了在这样的过程中耗散的自由能的量和系统的初始状态的自由能波动之间的关系。我们的结果适用于由渐近多个相同的纯系统或任意多个独立的能量非相干系统给出的初始状态，并且不仅允许状态变换，而且允许Hamilton量的变化。我们推导出的波动耗散关系，使我们能够找到最佳性能的热力学协议，如工作提取，信息擦除和无故障的通信，直到二阶渐近处理系统的数量$N$。因此，我们提供了第一个严格的分析，这些热力学协议的量子态之间的相干性不同的能量本征态的中间制度的大，但有限的$N$。
2022-08-02 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
Finite-Time Thermodynamics of an Autonomous Information Machine
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；Key Laboratory of Multiscale Spin Physics (Ministry of Education), Beijing Normal University（北京师范大学多尺度自旋物理教育部重点实验室）
研究自主信息机作为信息擦除器和制冷机的有限时间操作，揭示其不可逆性受瞬态信息几何约束，发现擦除功率与效率协同提升的最优操作时间区域。
2026-09-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
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
Quantum stochastic thermodynamics in the mesoscopic-leads formulation
本文提出基于介观引线表述的数值方法，通过主方程轨迹展开采样强耦合开放量子系统中电荷、热量和熵产生的分布，验证涨落定理并研究信息擦除中的耗散热涨落。
2025-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Finite-Time Processes In Quantum Thermodynamics: The Limits Of Irreversibility
本文构建广义几何热力学框架，研究有限时间量子过程中的熵产生与耗散极限，扩展 Landauer 原理并优化介观热机。
2024-10-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
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
The power of being explicit: demystifying work, heat, and free energy in the physics of computation
近年来，在科学、经济和技术发展的推动下，人们对计算热力学的兴趣又恢复了。考虑到对计算能力的需求不断增长的后果，降低计算的能源成本的想法已经获得了新的重要性。与此同时，许多生物网络现在被解释为信息处理或计算系统，受到其基础热力学的约束。事实上，一些人认为，低成本、高密度的生物系统可能有助于缓解对计算能力不断增长的需求，以及晶体管密度指数增长的摩尔定律的“终结”。在这一章中，我们将讨论关于热力学和计算热力学的普遍误解。特别是，我们将反对测量或复制操作可以免费进行的普遍看法，反对强调擦除操作的重要性，反对对热和功的粗心讨论。这些误解虽然不具有普遍性，但却相当普遍（特别是在跨学科背景下），值得详细讨论。在这个过程中，我们将认为，明确表示基本过程是一个有用的工具，有助于揭开关键概念的神秘面纱。我们首先简要介绍热力学，然后介绍计算热力学的历史--特别是经典思想实验所固有的复制和测量操作。随后，我们分析这些想法通过一个明确的生物化学表示的整个周期西拉德的引擎。在这样做的过程中，我们表明，分子计算是一个有前途的工程范例，并在提供基本的理解一个有价值的工具。
2018-12-27 cond-mat.stat-mech
The Preservation Tradeoff: A Thermodynamic Bound in the Diminishing-Returns Regime
Independent Researcher（独立研究者）
本文提出保存刚度S_κ作为信息保存的热力学效率诊断工具，证明在递减回报区域中，最优保存效率上限为0.5，且在特定条件下进一步限制于30-50%区间。
2026-04-11 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Stochastic thermodynamics of computation
本文综述了计算的随机热力学，探讨从比特擦除到图灵机等各类计算的熵成本，揭示最小化热力学成本的工程挑战，并推动计算机科学与随机热力学的融合。
2025-08-05 cond-mat.stat-mech cs.CC
Sporadic randomness, Maxwell's Demon and the Poincare' recurrence times
在完全混沌系统的情况下，庞加莱的复发时间的分布是一个指数，其衰减率是Kolmogorov-Sinai（KS）entropy.We地址的讨论同样的问题，动力学和热力学之间的联系，在零星的随机性的情况下，使用Manneville映射作为这类过程的原型。我们探讨的可能性有关的庞加莱'复发时间的分布，以' martics '，在这个意义上的KS熵，也在逆幂律的情况下。这就是Zaslavsly [Phys.Today（8），39（1999）]发现的动态性质，它是麦克斯韦恶魔效应（Maxwell's Demon effect）形式下与普通统计力学显著偏离的原因。我们表明，这种建立热力学和动力学之间的联系的方式是有效的，只有在强混沌的情况下。在孤立随机的情况下，导致在长时间的Levy扩散过程中，对初始条件的敏感性最初是一个逆幂律，但它成为指数在长时间尺度，而庞加莱时间的分布永远保持其逆幂律。我们表明，一个非广泛的热力学将意味着麦克斯韦恶魔效应由内存决定，因此是暂时的，在与动态方法Levy统计相冲突。启发式论证的采用表明，这种效应是可能的，作为一种真正的平衡形式，在记忆擦除过程完成后。
2000-06-15 cond-mat.stat-mech
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
Collective advantages in finite-time thermodynamics
本文研究有限时间热力学中多体系统的耗散功最小化问题，提出通过过程中引入相互作用的集体协议实现亚线性标度，并推导极限、验证自旋模型及信息擦除收益。
2023-10-20 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Learning to erase quantum states: thermodynamic implications of quantum learning theory
Institute for Quantum Information and Matter, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA（量子信息与物质研究所，加利福尼亚理工学院，帕萨迪纳，CA 91125，美国）；Department of Physics, University of California, Santa Barbara, CA 93106, USA（加州大学物理系，圣巴巴拉，CA 93106，美国）；AWS Center for Quantum Computing, Pasadena, CA 91125, USA（AWS量子计算中心，帕萨迪纳，CA 91125，美国）
量子学习理论与热力学的联系：通过高效学习消除量子态并实现高效能量利用。
2025-12-27 cond-mat.stat-mech cs.CC cs.IT
Model simplification and loss of irreversibility
本文基于时标分离的连续时间马尔可夫链模型，揭示了模型简化与不可逆性之间的一般关系。根据快速过程的拓扑结构，我们将链的状态分为瞬态和常返态。我们表明，一个两个时间尺度链可以简化为一个减少链在两个不同的方式：去除的瞬态和聚集的经常性状态。这两种操作都将导致熵产生率及其绝热部分的降低，并将保持其非绝热部分不变。这表明，虽然模型简化可以保留几乎所有的动态信息的链，它会失去一些热力学信息作为一个权衡。
2016-05-11 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
