自主片上麦克斯韦妖的热力学与效率

Maxwell 在其 1870 年的著名信件中描述了如何“仅凭单纯引导者的智能作用”来违反 Joule 定律，后来被 Kelvin 勋爵称为麦克斯韦妖。在本信中，我们使用基于与单电子盒电容耦合的单电子晶体管的实验可行的麦克斯韦妖装置来研究信息热力学，其中系统与妖均可被清晰识别。这种工程化的片上妖对系统进行测量并执行反馈，这可表现为可调节效率的冷却现象。我们提出了系统与妖的详细分析，包括裸熵产生与粗粒化熵产生的热力学第二定律、信息流以及信息产生与利用的效率。我们的结果展示了信息热力学如何用于改善现代纳米尺度器件的功能。