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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
麥克斯韋棘輪是自主的、有限狀態的熱力學引擎，可實現輸入輸出資訊轉換。先前對這些「惡魔」的研究主要集中在它們如何利用環境資源來產生功：它們隨機化有序輸入，利用增加的香農熵將能量從熱庫轉移到功庫，同時尊重劉維爾狀態空間動力學和第二定律。然而，迄今為止，正確確定這種功能性熱力學工作狀態僅限於極少數發動機，這些發動機的資訊承載自由度之間的相關性可以以封閉形式精確計算——這是一個高度受限的集合。此外，棘輪行為的一個關鍵的第二個維度在很大程度上被忽視了——棘輪不僅僅改變環境輸入的隨機性，它們的運作建構和解構模式。為了解決這兩個維度，我們採用了動力系統和遍歷理論的最新結果，這些理論有效且準確地計算了一般隱馬可夫過程的熵率和統計複雜度散度率。與資訊處理第二定律一致，這些方法可以準確地確定具有任意數量的狀態和躍遷的有限狀態麥克斯韋妖的熱力學運行狀態。此外，它們還有助於分析給定引擎所做的結構與隨機性權衡。其結果是大大增強了對資訊引擎的資訊處理能力的認識。作為一個應用，我們對 Mandal-Jarzynski 棘輪進行了徹底的分析，證明它具有不可數無限的有效狀態空間。