信息流与热流的热力学效率

信息处理的一个基本任务是信息传递（流动）。本文研究了一对布朗粒子，它们分别耦合到温度为 $T_1$ 和 $T_2$ 的热浴。此类系统中的信息流通过时间平移互信息来定义。信息流在平衡时为零，其效率定义为信息流与系统总熵产生之比。对于定态，信息从高温流向低温，其效率的上界为 $\frac{{\rm max}[T_1,T_2]}{|T_1-T_2|}$。该上界由热力学第二定律施加，并量化了当前这类系统中信息流的热力学成本。在绝热情况下（即粒子具有显著不同的特征时间）可以达到该上界。热流效率（定义为热流与总耗散热量之比）也受限于同一因子。热流与信息流之间存在互补性：对前者最有效的设置对后者最无效，反之亦然。在某些非定态情况下，上述效率上界可以[暂时]被超越，但效率仍受限于一个上界。我们还研究了文献中提出的另一种信息处理度量[传递熵]。尽管该度量不需要任何热力学成本，但研究表明，对于定态，信息流与传递熵密切相关。