近日，物理与光电工程学院余东教授和裴启明教授联合指导的硕士研究生陈子怡在《PHYSICAL REVIEW E》上发表了题为 “Reconfigurable logic gates and latches in noise-driven bistable systems: A mean first-passage time approach” 的研究论文。《PHYSICAL REVIEW E》由美国物理学会（American Physical Society）于2001年创办，是聚焦多体系统集体现象的跨学科期刊，该刊核心研究方向涵盖统计物理、非线性动力学、生物物理、软物质物理及流体与等离子体物理领域，在数学物理领域具有较高学术影响力。我院物理学专业研究生陈子怡为论文第一作者，余东教授为论文通讯作者，长江大学为第一署名单位。
随着逻辑器件尺度不断缩小，噪声对系统稳定性和运行可靠性的影响日益突出。传统观点通常将噪声视为干扰因素，而逻辑随机共振研究表明，适当强度的噪声可以在非线性系统中辅助实现可靠逻辑运算。围绕这一问题，研究团队构建了噪声驱动双稳态系统，探索了在同一动力学框架下实现多种可重构逻辑功能的机制。
研究发现，仅通过调节偏置参数，该系统即可实现 NOR、NAND、AND、OR、XOR、XNOR 六种基本逻辑门以及 SR 锁存器。团队进一步基于平均首通时间理论，提出了描述逻辑可靠性的时间尺度判据，揭示了可靠逻辑运行取决于“正确跃迁足够快、错误跃迁足够慢”的时间尺度分离机制。论文图4展示了有效势景观、成功概率与噪声强度关系，以及正确/错误跃迁时间分布，直观说明了该理论框架的物理机制。该研究还指出，逻辑门的整体可靠性受“最弱环节”机制限制，即最容易失效的输入开关过程决定了逻辑门稳定工作区间的边界。这一结果为噪声驱动逻辑系统的可靠性分析和参数设计提供了新的理论依据。
该成果为逻辑随机共振、随机计算和噪声环境下非线性信息处理器件设计提供了重要参考。研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金以及广东省数学与神经动力系统重点实验室等项目的资助。
文章链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/5lcv-g4bx
（审核 张华峰 编辑 梁军）
