通过势垛形状提高有限时间记忆擦除效率

记忆位于二进制状态（0 或 1）的擦除是涉及不可逆逻辑运算的数字计算中的关键步骤。经典位记忆的擦除将伴随最小热量的产生，热量由 Landauer 界限 $kT\ln 2$ 决定，这一界限在渐近极限下达到。然而，记忆的擦除必须在有限时间内完成以满足实际计算需求。擦除速度越高，释放的热量就越大，这不利于环境。因此，降低与有限时间记忆擦除相关的热量产生是一个根本性挑战。本文针对信息热力学的这一关键方面展开研究。我们考虑一种模型，其中两个记忆状态对应于双稳态势垛中两个阱，两种阱的宽度不对称。此类不对称性模型表明，两个二进制记忆状态占据不同的相空间体积，但能量等价。我们考察不对称程度对擦除过程成功率以及所做功或释放热量的影响。我们发现，这种潜在势垛的这种特征性不对称性在提高擦除过程效率方面发挥着非常重要的作用。我们的研究表明，在合适的不对称 setup 下，能够达到低于 Landauer 界限的值。重要的是，我们对因势垛不对称程度导致的偏离 Landauer 极限量化程度进行了理解。我们确定即使在观察到偏离 Landauer 极限的情况下，有限时间位擦除过程的有效自由能变化仍是所做功或释放热量的通用下界。我们在对称 setup 下恢复了接近 Landauer 极限的过程。