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利用分子纳米磁体进行量子兰道尔擦除......
虽然这个极限（称为兰道尔极限）已被证明适用于各种经典系统，但没有确凿的证据证明它可以扩展到量子领域，在量子领域，离散能量本征态的量子叠加取代了连续谱中的热涨落。在这里，我们使用分子纳米磁体晶体作为自旋存储设备，并表明兰道尔极限也适用于量子系统。与其他经典系统相比，由于可调的快速量子动力学，该极限是有边界的，同时还能保持快速操作。这一结果探索了量子信息的热力学，并提出了一种利用量子过程增强经典计算的方法。虽然用理想二元逻辑门（例如 NOT）执行的计算没有最低能量耗散限值 5,6，但在存储设备中执行的计算却有。原因在于，在前者中，位仅仅是在状态空间中等熵地移动，而在后者中，最小操作（称为兰道尔擦除）需要重置存储器，而不管其初始状态如何。让我们看看这种擦除如何应用于经典的 N 位寄存器（图 1(a，左)）以及兰道尔极限是如何产生的。在第一阶段，寄存器的每一位都处于确定的状态“0”或“1”，通过降低势垒和通过温度波动的作用来探索两个二进制状态。相空间的这种加倍伴随着每位的熵产生∆S=kBln2。在第二阶段，需要做功 W ≥ T∆S 来将寄存器的熵和相空间减少到它们的初始值。只有当这种减少以可逆的方式进行时，才能达到极限 W=T∆S。这可以通过使用准静态无摩擦系统来实现，即在比其弛豫时间 τ rel 更慢的时间尺度上，从而避免不必要的记忆和滞后效应。因此，相对于系统相关的 τ rel ，慢速（快速）操作通常与较低（较高）的耗散相关。
团结Bekenstein的Bound和Landauer的原则
热储层和KB的温度是Boltzmann的常数。虽然Bekenstein公式在科学的社区中得到了很好的接受，但对Landauer原则的反应更加细微。然而，它已成为一种基本的物理定律，其研究证明了其从第二种热力学定律和与获取信息相关的熵变化（包括量子和经典反馈系统）相关的变化[3] [3] [4]。在[5]中，兰道尔的原则的概括导致无需消耗能量的情况就增加了范围。这种见解提供了对信息处理与熵之间关系的更深入的理解，因为它强调说，擦除信息可以超出能源消耗的影响。通过以其他保守数量（例如角动量）来表达熵的增加，研究人员扩大了我们对有关信息和热动力学的基本原理的理解。这一发现增加了信息擦除概念及其在物理系统中的更广泛含义。2012年的一个重大突破涉及在处理单个数据过程中产生的微小热量的首次测量[6]。子随后的实验证实了Landauer的原理，并量化了在位过渡期间耗散的能量[7] [8]。使用量子分子磁体在低温温度下landauer擦除的性能进一步扩展了该原理在量子领域中的应用[9]。这些进步强调了擦除和高速操作的最低热力学成本[9] [10]。近年来对Landauer原则的批评浮出水面，对循环推理和缺陷的假设的担忧。然而，支持者保持其有效性，并指出了其从热力学的第二定律和信息处理的相关熵变化[11] - [16]。此外，研究探讨了逻辑和热纳米可逆性之间的联系，揭示了对计算的细微含义[17] [18]。2016年，佩鲁吉亚大学的研究人员声称观察到违反了Landauer原则[19]。但是，Laszlo Kish [20]认为它们的结果是无效的，因为它们未能解释能量耗散的主要来源 - 输入电位的电容的充电能量。总而言之，Bekenstein Bound和Landauer的原则的整合代表了我们对有关信息和能量的基本限制和原则的理解的重大进步。通过桥接插入理论，热力学和量子力学，这种整合为发现和实际应用开辟了新的途径。本章介绍了这些概念的整合，为在这个令人兴奋和有希望的领域中进行了探索和研究奠定了基础。
Xygkou，Anna，Siriaraya，Panote，She，Wan Jou，Covaci，Alexandra和Siang Ang，Chee（2024）“我可以与聊天机器人更加社交吗？我们可以打破基于自旋的电子设备的界限吗？
摘要我们发现，与1 e = 2 µ b b表示读取或擦除自旋数据的最小能量应与1961年Landauer提出的1 E = K B T Ln（2）表示。使用旋转方向代表一些信息的物理学与在基于经典的基于电荷的数据存储中使用粒子的位置的物理学根本不同：前者是量子动力的（独立于居里点以下的温度），而后者是热力学（依赖温度）。定量，与新信息擦除协议相关的这种新能量估计为1。64×10 - 36 J，比Landauer结合（3×10 - 21 J）低15个数量级，无需成本的角动量和总熵增加。在此新信息擦除协议中，无需将电子从电位的一侧移至另一侧，否则用于保留定义旋转状态的能量仍然需要大于现有的热闪光（Landauer Bound）。我们根据包括Rydberg Atom和Spin-Spin相互作用在内的许多实验来验证我们的新能量结合。
量子波动阻碍了Landauer限制附近的有限时间信息
信息是物理的，但是在有限的时间内也可以处理信息。在涉及计算协议的情况下，量子制度中的有限时间处理可以动态产生连贯性。在这里我们表明这可以具有重要的热力学意义。我们证明，在经历有限的时间信息擦除协议的系统的能量本质上产生的量子相干性产生了极端耗散的罕见事件。这些波动纯粹是量子的起源。通过研究缓慢驱动极限的耗散热量的全部统计数据，我们证明了连贯性为所有统计累积物提供了非负贡献。使用单个位擦除的简单和范式示例，我们表明这些极端的耗散事件在实验上可区分的特征产生独特的典范。
信息与热力学：欠阻尼微机械振荡器中兰道尔界限的快速精确方法
信息处理的热力学能量成本是一个被广泛研究的课题，既有其基本方面，也有其潜在的应用[1-9]。该能量成本有一个下限，由 Landauer 原理确定[10]：在温度 T 下，从存储器中擦除一位信息至少需要 k BT ln 2 的功，其中 k B 为玻尔兹曼常数。这是很小的能量，在室温（300 K）下仅为 ∼ 3 × 10 − 21 J，但它是一个通用的下限，与所用存储器的具体类型无关，并且与广义 Jarzynski 等式 [11] 相关。已在多个经典实验中测量了兰道尔边界 (LB)，这些实验使用了光镊 [ 12 ， 13 ]、电路 [ 14 ]、反馈阱 [ 15 – 17 ] 和纳米磁体 [ 18 ， 19 ]，以及捕获超冷离子 [ 20 ] 和分子纳米磁体 [ 21 ] 的量子实验。在准静态擦除协议中可以渐近地达到 LB，其持续时间比上述用作一位存储器的系统的弛豫时间长得多。实际上，当在短时间内执行擦除时，可以使用最优协议最小化此类过程所需的能量，这些协议已经过计算 [ 22 – 27 ] 并用于过阻尼系统 [ 17 ]。更快接近渐近 LB 的另一个策略当然是减少弛豫时间。然而，对于非常快的协议，人们可能想知道机械（电子）系统中的惯性（感应）项是否会影响其可靠性和能量成本。
物理不可逆过程中“擦除”的熵成本
2023 年 9 月 21 日 摘要。通过参考与共轭可观测量相关的联合熵，证明了兰道尔原理的一种限制形式对热系统成立，与计算考虑无关。结果表明，不可逆物理过程的补偿熵的来源是由于这种相互不相容的可观测量值的本体论不确定性，而不是由于信息论方法中传统假设的认识论不确定性。特别是，明确表明通过重置操作擦除逻辑（认识论）信息并不等同于擦除热力学熵，因此物理学不支持传统的信息论形式的兰道尔原理。分析的另一个含义是现实世界中没有麦克斯韦妖。关键词：兰道尔原理、热力学、量子信息、熵 1. 简介。兰道尔原理 (LP) 最初是由兰道尔从计算的角度提出的。具体来说，兰道尔 (1961) 提出，从事逻辑上不可逆步骤的“计算机器”每一步的成本约为 kT。虽然 LP 已被广泛接受，但仍有少数人持不同意见（例如 Earman 和 Norton 1999；Norton 2005-2018；Hemmo 和 Shenker 2021）。虽然本文作者与反对者一起对兰道尔原始提议中固有的物理不可逆性与逻辑/计算不可逆性的认定提出异议，但我们仍然为 LP 的受限形式提出了物理基础：它不与计算相联系，而是与一类更窄的真正不可逆的物理过程相联系。如果测量是一个物理上不可逆的过程，人们可能会认为这是西拉德原理的一种形式；本研究表明它确实如此。在提出这一观点时，我们希望提请大家注意认识论和本体论不确定性（或“信息”）之间的关键区别，这一区别在热力学和第二定律的讨论中往往被忽略。我们注意到，正如经典统计力学所假设的那样，认识论不确定性可以说无法非循环地产生第二定律或兰道尔原理（参见 Kastner 2017），而本体论不确定性对于两者的成立都是必要的。这一考虑意味着 LP 的受限形式，它不依赖于传统上假设的认识论不确定性。从本质上讲，LP 确实是
大脑皮层锥体神经元的计算能力
皮质锥体神经元的电活动由结构稳定、形态复杂的轴突树突树支持。轴突和树突在长度或口径方面的解剖差异反映了神经信息输入或输出的底层功能特化。为了正确评估锥体神经元的计算能力，我们分析了 NeuroMorpho.Org 数据库中的大量三维数字重建数据集，并量化了小鼠、大鼠或人类大脑皮层不同区域和层次的基本树突或轴突形态测量值。根据获得的形态测量数据对参与神经元电脉冲的离子总数和类型的物理估计，结合活动大脑消耗的葡萄糖所驱动的神经递质释放和信号传导的能量，支持在热力学允许的 Landauer 极限下进行高效的大脑计算，从而实现不可逆的逻辑运算。电压感应 S4 蛋白 Na + 、K + 或 Ca 2+ 离子通道 α 螺旋中的单个质子隧穿事件非常适合用作单个 Landauer 基本逻辑运算，然后通过穿过开放通道孔的选择性离子电流进行放大。这种计算门控的小型化允许在人类大脑皮层中每秒执行超过 1.2 个 zetta 逻辑运算，而不会因释放的热量而燃烧大脑。
哈密顿量子门的充满活力的成本-NSF -PAR
特别是量子计算[35]是根据统一动力学设计的，该动力学描述了与环境热隔离的系统。任何外部噪声都不可避免地会阻碍所谓的量子量[36-38]，因为它会损害量子状态的微妙性质。然而，Landauer的原理（1）及其对开放系统的概括[39-45]是在有限温度下针对耗散动力的。因此，一些最近的问题试图通过直接分析测量和量子操作的能量来解决这个问题[46-48]，或者通过将随机热力学的概念推广到零温度[49]。为了对最近的发展进行更全面的综述，我们指的是文献[50,51]。目前的分析专门用于替代治疗，主要目标是量化单一量子计算中单门操作的能量成本。因此，目前的分析在精神上与纯粹的古典系统中的最新考虑相似[52]。在范围内，我们在量子系统的边际，逻辑状态中编码的shannon信息的变化得出了上限，该信息在哈密顿栅极操作下演变[53]。我们发现，这种上限是由哈密顿量规范给出的，这在文献中提出了量子控制方案的能量成本[54-56]。因此，作为主要结果，我们获得了不平等，将处理信息的数量与运行的能量成本有关。这种小说的结合在功能上与广义兰道的量子计算原理相似，
FYST79 物理学：低维结构和量子器件的物理学
Landauer 形式主义 • 一维散射现象 • 基于量子现象和库仑阻塞的装置。课程设计教学包括讲座、计算练习、实验课和研究项目。必须参加实验课和项目工作以及与之相结合的其他教学。课程的讲座部分完成后，学生将在研究小组中开展为期约 1.5 周的项目工作。评估考试在课程期间以书面形式以实验报告的形式进行，在课程期间以书面和口头形式以项目演示的形式进行，并在课程结束时以书面考试的形式进行。未通过常规评估的学生将在之后不久获得另一次评估机会。