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論文資訊
- 類型：工作論文
- 編號：工作論文 #9
- 日期：2026-03-18
摘要
資訊處理通常透過模組化單元的組合進行，例如通用邏輯閘。與全局整合資訊處理相比，模組化資訊處理的好處在於，透過一系列僅控制和改變局部自由度的更簡單的局部資訊處理操作，可以更容易、更靈活地實現複雜的全局計算。我們表明，儘管有這些好處，模組化仍然存在不可避免的熱力學成本，這些成本直接由本地化處理的操作產生，並且超出了擦除資訊的蘭道爾耗散界限。然而，當整合計算全局協調對資訊庫的所有自由度的控制時，它們可以實現蘭道爾的界限。不幸的是，模組化實作很容易失去資訊承載自由度之間的全局相關性。這是昂貴的，因為這種相關性是熱力學燃料。我們根據全局非平衡自由能變化（捕捉這些全局相關性）和非平衡自由能局部（邊際）變化（限制模組化工作產生）之間的差異來量化模組化計算的最小不可挽回耗散。這種模組化耗散與以模組化方式執行計算任務所需的額外工作量成正比。它對物理嵌入式感測器（稱為資訊棘輪）產生直接影響。我們展示瞭如何透過設計捕捉棘輪資訊庫中的全局相關性和模式的內部棘輪狀態來避免模組化耗散。透過這種方式設計，資訊棘輪與全局整合計算的最佳熱力學效率相匹配。此外，對於從結構化模式中提取工作的棘輪來說，最小化模組化耗散意味著它們的隱藏狀態必須能夠預測其輸入，對於產生結構化模式的棘輪來說，這意味著隱藏狀態是可追溯的。