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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-11-03
摘要
蘭道爾原理指出，資訊處理的能量成本必須超過溫度、波茲曼常數和資訊承載自由度的香農熵變化的乘積。然而，這個下限只有在準靜態、接近平衡的計算中才能實現──也就是說，只能在無限時間內實現。在實踐中，資訊處理發生在有限的時間內，導致資訊耗散和潛在不可靠的邏輯結果。對於過阻尼朗之萬動力學，我們表明可以設計反絕熱勢來引導系統沿著所需的計算路徑快速準確地引導，從而提供允許精確設計有限時間計算的捷徑。這種捷徑需要額外的工作，超出了蘭道爾的界限，並且不可避免地消散到環境中。我們證明，這種耗散的功與計算速率以及資訊儲存系統長度尺度的平方成正比。作為一個典型的例子，我們設計了快捷方式來建立、擦除和傳輸亞穩態儲存在雙阱勢中的一些資訊。儘管耗散功通常會隨著運算保真度的增加而增加，但我們表明可以在有限時間內用有限的功進行完美保真度的計算。我們也表明，資訊儲存的穩健性會影響操作的能量成本，具體來說，耗散的工作與雙穩態系統的資訊壽命成正比。我們的分析揭示了工作、速度、資訊承載自由度的大小、儲存穩健性以及初始和最終資訊統計之間的差異之間豐富而微妙的關係。