最小限の物理的原則の文脈に縛られたランダウアー：意味、実験的検証、論争、視点

ランダウアーの原則の物理的な根、解釈、論争、および正確な意味が調査されます。ランダウアーの原則は、計算に必要なエネルギー消費のより低い理論的限界を定義する物理的原則です。2つの計算パスを統合するなど、コンピューターに保存されている情報の不可逆的な変更は、周囲に少しの情報あたりの最低量の熱KBTLN2を消散させると述べています。Landauerの原則は、ABBE回折限界、Margolus-Levitinの制限、Bekensteinの制限など、基本的な物理的制限原理の文脈で議論されています。Abbe、Margolus-Levitin、およびBekensteinの制限に結合したLandauerの合成により、計算時間が最小限に抑えられ、τmin〜hkbtが拡大されます。熱浴の温度を下げると、単一の計算のエネルギー消費が減少しますが、並行して計算が遅くなります。ランダウアーの原則は、ジョン・アーチボルド・ウィーラーの「ビットから」パラダイムと熱力学を橋渡しします。ランダウアーの原則の実験的検証が調査されます。熱力学と論理的不可逆性の間の相互関係に対処します。ランダウアー原則の量子および非平衡システムへの一般化に対処します。ランダウアーの原則は、物理学、情報理論、コンピューター工学を橋渡しする強力なヒューリスティックな原理を表しています。

The physical roots, interpretation, controversies, and precise meaning of the Landauer principle are surveyed. The Landauer principle is a physical principle defining the lower theoretical limit of energy consumption necessary for computation. It states that an irreversible change in information stored in a computer, such as merging two computational paths, dissipates a minimum amount of heat kBTln2 per a bit of information to its surroundings. The Landauer principle is discussed in the context of fundamental physical limiting principles, such as the Abbe diffraction limit, the Margolus-Levitin limit, and the Bekenstein limit. Synthesis of the Landauer bound with the Abbe, Margolus-Levitin, and Bekenstein limits yields the minimal time of computation, which scales as τmin~hkBT. Decreasing the temperature of a thermal bath will decrease the energy consumption of a single computation, but in parallel, it will slow the computation. The Landauer principle bridges John Archibald Wheeler's "it from bit" paradigm and thermodynamics. Experimental verifications of the Landauer principle are surveyed. The interrelation between thermodynamic and logical irreversibility is addressed. Generalization of the Landauer principle to quantum and non-equilibrium systems is addressed. The Landauer principle represents the powerful heuristic principle bridging physics, information theory, and computer engineering.