論文の概要: Energy-Efficient Pseudo-Ratchet for Brownian Computers through One-Dimensional Quantum Brownian Motion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.08217v1
• Date: Tue, 13 May 2025 04:20:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-14 20:57:54.420196
• Title: Energy-Efficient Pseudo-Ratchet for Brownian Computers through One-Dimensional Quantum Brownian Motion
• Title（参考訳）: 1次元量子ブラウン運動によるブラウンコンピュータのためのエネルギー効率の良い擬似ラチェット
• Authors: Sho Nakade, Ferdinand Peper, Kazuki Kanki, Tomio Petrosky,
• Abstract要約: 1次元(1次元)量子ブラウン運動に基づく新しいアプローチを導入する。 1次元系の量子共鳴効果を利用して、粒子の運動量空間を部分空間に分割する。 本研究では,この擬似ラチェット機構を,エントロピー的な視点から解析する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 30.817172862352244
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Brownian computers utilize thermal fluctuations as a resource for computation and hold promise for achieving ultra-low-energy computations. However, the lack of a statistical direction in Brownian motion necessitates the incorporation of ratchets that facilitate the speeding up and completion of computations in Brownian computers. To make the ratchet mechanism work effectively, an external field is required to overcome thermal fluctuations, which has the drawback of increasing energy consumption. As a remedy for this drawback, we introduce a new approach based on one-dimensional (1D) quantum Brownian motion, which exhibits intrinsic unidirectional transport even in the absence of external forces or asymmetric potential gradients, thereby functioning as an effective pseudo-ratchet. Specifically, we exploit that quantum resonance effects in 1D systems divide the momentum space of particles into subspaces. These subspaces have no momentum inversion symmetry, resulting in the natural emergence of unidirectional flow. We analyze this pseudo-ratchet mechanism without energy dissipation from an entropic perspective and show that it remains consistent with the second law of thermodynamics.
• Abstract（参考訳）: ブラウンコンピュータは熱ゆらぎを計算の資源として利用し、超低エネルギー計算を達成するための約束を保持する。 しかし、ブラウン運動における統計的方向の欠如は、ブラウンコンピュータにおける計算の高速化と完了を容易にするラチェットの導入を必要とする。 ラチェット機構を効果的に動作させるためには、エネルギー消費の増加の欠点がある熱ゆらぎを克服するために外部磁場が必要である。 この欠点に対する対策として、外力や非対称ポテンシャル勾配がなくても一次元(1次元)量子ブラウン運動に基づく新しいアプローチを導入し、有効擬似ラチェットとして機能する。 具体的には、1次元系の量子共鳴効果は粒子の運動量空間を部分空間に分割する。 これらの部分空間は運動量反転対称性を持たず、一方向の流れが自然に現れる。 エントロピーの観点からエネルギー散逸のないこの擬ラチェット機構を解析し、熱力学の第2法則と整合性を示す。

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