日本NTT于2026年4月宣布，在全球范围内首次成功实现对半导体存储器件（DRAM存储单元）中热量与熵的单电子精度同步测量。这一突破性成果有望推动低功耗信息处理器件及下一代存储技术的研发进程。
在信息处理领域，"初始化操作"是将分散随机的信息归一到特定状态的基本步骤。这一过程中，体系的熵（信息分散程度）虽然降低，但会伴随发热，即产生能量消耗。理论上，该过程的能耗存在一个下限，即物理学中**的朗道尔极限（Landauer limit）。然而现实器件的实际能耗往往高于这一理论下限，其背后的物理原因此前一直缺乏实验层面的直接验证。
雑音壁垒突破：单电子检测技术的关键应用
为探明超越朗道尔极限的根本原因，NTT选取DRAM存储单元的电路结构作为研究对象，通过低速执行初始化操作来验证是否能接近朗道尔极限。然而，研究团队面临一道极高的技术门槛：待测的熵变信号与热信号极其微弱，极易淹没在噪声之中。正因如此，在室温工作条件下的半导体器件上开展此类测量，此前被认为几乎无法实现。
为突破这一瓶颈，NTT将自主研发的硅纳米器件单电子检测技术引入测量体系。团队采用高性能检测器，以单个电子为最小计量单位，**测量电容器上存储的电荷量，进而从中提取热量和熵的信息。具体而言，通过测得的电荷量推算电容器电位，再结合读取线（read line）的电位计算热量；同时，通过逐一统计电容器中每个电子的转移情况，实现了对熵值的定量计算。
NTT在实验中系统调节注入DRAM存储单元的电荷量，深入研究熵减速率与热量之间的定量关系。结果显示，熵减越显著，所产生的热量越多，且热量增长率也随之扩大。换言之，初始化误码率越低，实际热量与朗道尔极限的偏差反而越大，两者呈现出明显的背离趋势。
热力学非平衡态是超越朗道尔极限的根本原因
进一步深入分析后，研究团队揭示了这一现象的物理本质：DRAM存储单元以热力学非平衡态保存信息，而在初始化操作执行过程中，器件会向热力学平衡态跃迁。正是这一状态转变产生了超出理论预期的额外热量，从而导致实际能耗始终无法触及朗道尔极限。
这一发现为低功耗存储器件的设计指明了方向：要真正逼近朗道尔极限，器件必须具备以热力学平衡态保存信息的结构设计，从根本上消除状态跃迁所带来的额外耗散。
此次NTT的突破，对存储器件能效研究的意义不止于学术层面。长期以来，DRAM的功耗瓶颈是数据中心节能降碳的核心难题之一，而这一发现为从物理机制层面重新审视和优化存储单元结构提供了全新视角。对于正积极布局先进存储器及低功耗AI芯片的中国半导体企业和科研机构而言，单电子级热力学测量方法的建立，或将成为评估和优化新型存储单元设计的重要工具，值得在基础研究和器件工程两个层面给予持续关注。