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物理学 > 应用物理

arXiv:2504.04284 (physics)
[提交于 2025年4月5日 ]

标题: 基于量子通量参量逻辑的兰道尔限耗散

标题: Landauer-Limited Dissipation in Quantum-Flux-Parametron Logic

Authors:Quentin Herr
摘要: 兰道尔极限对于不可逆逻辑的作用,相当于卡诺循环对于热机的作用。 在这个极限下,绝热量子通量参量器(aQFP)通过将标准逻辑门的输入复制以生成可逆逻辑门,并利用“终止”门处理复制的输入,仅耗散热能 ln2$kT$,从而接近这一极限。 这种方法消除了传统aQFP逻辑中与反作用相关的非绝热切换。 实际的aQFP设备存在参数失配,导致功耗和比特误码率的成比例增加。 与理想设备相比,一款包含$10^9$个aQFP的芯片,其制造工艺偏差为1%-1$\sigma$对结点临界电流控制,以及5%-1$\sigma$对电感,将会有比特误码率为$10^{-31}$的异常设备,而理想设备的比特误码率为$10^{-71}$。 整个芯片上的所有设备功耗将增加到约7$\times$倍的兰道尔极限。 一个理想的电路处理相关比特流时,在每个周期内耗散的比特能量与丢失的信息量相匹配,符合兰道尔关于逻辑熵的概念。
摘要: The Landauer limit is to irreversible logic what the Carnot cycle is to heat engines. This limit is approached in the adiabatic Quantum Flux Parametron (aQFP) by copying the inputs of standard logic gates to produce reversible logic gates, and disposing of the copied inputs using the "terminate" gate dissipating only the thermal energy, ln2$kT$. This method eliminates the non-adiabatic switching associated with backaction that arises in conventional aQFP logic. Real aQFP devices have parameter mismatch causing proportionate increases in dissipation and bit-error rate. A chip with $10^9$ aQFPs with realistic fabrication spread of 1%-1$\sigma$ control on junction critical current and 5%-1$\sigma$ on inductors would have outlier devices with a bit-error rate of $10^{-31}$, compared to $10^{-71}$ for ideal devices. Power dissipation across all devices on-chip would increase to about 7$\times$ the Landauer limit. An ideal circuit processing correlated bit streams dissipates fractional bit energy per cycle commensurate with the information lost, in accord with Landauer's concept of logical entropy.
主题: 应用物理 (physics.app-ph) ; 超导性 (cond-mat.supr-con)
引用方式: arXiv:2504.04284 [physics.app-ph]
  (或者 arXiv:2504.04284v1 [physics.app-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.04284
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Quentin Herr [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2025 年 4 月 5 日 21:16:29 UTC (252 KB)
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