27、信息处理能量需求与KLJN系统攻击分析

信息处理能量需求与KLJN系统攻击分析

在信息处理领域，能量需求一直是一个备受关注的话题，尤其是在涉及信息擦除、开关控制和存储器等方面。同时，对于一些经典原理和理论的验证与质疑也从未停止。此外，在安全密钥分配系统中，KLJN系统曾面临过攻击挑战，下面将详细探讨这些内容。

信息处理能量需求相关原理分析

1. 改变单个比特值的能量需求
   • 不同学者通过独立研究得出，在二进制设备中改变一个比特值的能量需求下限公式为：
   • 对于观察时间不超过系统中随机热激发（热噪声）的相关时间，公式为 $E_{min} \approx kT \ln(\frac{1}{\varepsilon})$ ，其中 $k$ 是玻尔兹曼常数，$T$ 是温度，$\varepsilon$ 是比特操作的错误概率。
   • 对于更长的观察时间窗口 $t_w$ ，公式推广为 $E_{min} \approx kT \ln(\frac{1}{\varepsilon} \frac{t_w}{\tau})$ ，这里假设 $\varepsilon \to 0$ ，$\tau$ 是时间。
   • 从双势阱模型来看，当热噪声超过能量壁垒时会产生比特错误。在信息处理中改变比特状态时，粒子需要被推过壁垒进入另一个势阱，且投入的能量无法节省，因为任何试图节省的尝试都会因额外的开关、控制步骤和/或定时而导致更多的能量耗散。
2. 布里渊负熵信息原理与兰道尔原理对比
   • 布里渊在1953年提出的负熵信息原理指出，改变一个比