热力学网络：利用非平衡稳态进行计算

我们引入了热力学网络，这是一个利用非平衡稳态进行自主、基于物理的计算的通用框架。这些网络被建模为一组有限大小的库，它们在弛豫至非平衡稳态的过程中交换守恒量（如电荷或分子数），该稳态编码了计算问题的解。我们确定负微分电导（NDC）是控制热力学网络计算表达性的关键物理性质。缺乏NDC的网络仅限于计算单调函数，而NDC的存在则能实现通用函数逼近。对于网络的训练，我们利用系统趋于平衡的自然倾向的协议。我们通过两个不同的平台——量子点网络和酶促反应网络——展示了我们方法的通用性。这两个系统都可以被设计为具有NDC，从而在标准基准测试中实现高性能，包括正弦函数逼近和MNIST数字分类。总体而言，我们的工作在非平衡稳态与计算表达性之间建立了严格的联系。