发表要点： 通过使用能以单个为单位检测电子数量变化的NTT独家纳米(*1)尺度电子设备，我们在全球首次成功于半导体内存设备（即DRAM单元）中，在室温下以单个电子的尺度测量热量与熵(*2)。 在现实条件下运行的实际设备中实验性地验证信息处理中最小能源消耗的理论极限，这在过去是不可能的，现在已经可以实现。 凭借这项成果，将能够基于热力学评估信息处理电路的能源消耗，并有望应用于开发节能信息处理设备。 NTT股份有限公司（总部：东京都千代田区，代表取缔役社长：岛田 明，以下简称「NTT」）成功在全球首次于室温下运作的半导体内存组件(DRAM单元)中，同时以单个电子的单位测量了热与熵。这项成就是使用单电子检测技术达成的，该技术采用了NTT独家开发、能够以单个为单位检测电子数量变化的纳米尺度电子设备。此外，通过这项测量，我们在实验上验证了信息处理中最小能耗的理论极限。同时，我们指出除了过去常被提及的高速处理和周边电路的影响外，保存信息时的热不稳定性也是导致能耗超过理论极限的重要原因。本研究打开了从热力学角度评估信息处理电路能耗的道路，并有望应用于节能信息处理设备及下一代内存技术的开发。本成果于2026年3月20日发表在美国学术期刊《Physical Review Letters》上。 图1：本研究的概要图 1．背景 随着生成式AI的普及带来的电力消耗增加，信息处理的节能化已成为当务之急，各种研发工作正在进行中。另一方面，从更原理性的角度来看，近年来已经清楚地发现信息与热力学之间存在着深刻的关联。例如，在信息处理中，会进行将散乱的信息整齐排列成特定状态的「初始化操作」。这时，代表信息散乱程度的熵会减少，作为代价，会产生发热，即能源消耗。这种能源消耗的理论最小值被称为兰道尔极限(Landauer limit) (*3)，是考虑信息处理节能化时的重要指针（图2）。然而，实际的电子设备消耗的能量远远超过这个极限，阐明这种差异的原因已成为创造节能设备的重要课题。 图2：兰道尔极限的解说，以及显示与电子设备能源消耗差异的示意图 过去，这种差异被认为是由于高速处理或周边电路的影响所致，但并未进行过实验性的验证。NTT一直致力于着眼于信息与热力学关系的研究（例如证实马克士威妖(*4)的发电等），而在本研究中，我们旨在阐明电子设备中信息处理的节能极限。具体而言，为了排除高速处理和周边电路的影响，我们以动态随机访问内存(DRAM)中构成1比特的最小单位内存组件——DRAM单元的电路结构（图3）为对象，验证在低速进行初始化操作时是否能达到兰道尔极限。 图3：本研究中着眼的DRAM单元电路结构 然而，这项验证存在着技术上的挑战。因为在逼近兰道尔极限的极端条件下，验证所需的熵和热的信号极其微小，容易被杂讯淹没，而在室温下运作的半导体组件中，不存在测量这些信号的方法。 2．技术的要点 NTT通过应用使用其独有硅纳米设备的单电子检测技术，解决了这个课题。具体来说，我们使用通过微影加工技术制作的高性能检测器（图4（a, b）），成功地以单电子为单位测量了保存在电容器中的电荷量（图4（c）），并利用该信息通过以下方法成功评估了热与熵。 ① 热的测量 当电子伴随信息处理在导线与电容器之间移动时，会根据两者之间的电位差产生热（发热或吸热）。因此，如果知道电子移动瞬间导线和电容器的电位，就可以计算出热量。在本研究中，通过从电荷量计算出电容器的电位，并将其与已知作为外部施加电压的导线电位结合，使得测量热量成为可能（图4（d, e））。 ② 熵的测量 熵是从信息的几率分布计算出的物理量。决定DRAM单元信息的电容器电荷量...