Adiabatic quantum dynamics under decoherence in a controllable trapped-ion setup
抑制非幺正效应是量子计算和量子控制中的一个主要挑战。在本论文中，我们通过考虑周围环境中的绝热动力学，从理论和实验上分析了开放量子系统中绝热性的鲁棒性。更具体地说，通过考虑一个散肩的情况下，我们利用绝热近似的有效性条件，以及其灵敏度的共振情况下，通常会损害绝热封闭系统。作为例子，我们实现了一个振荡的Landau-Zener哈密顿量，这表明消相干可以驱动具有高介电常数的谐振系统的绝热行为的开放系统。此外，我们还实现了绝热量子算法的Deutsch问题，其中的区别是建立在开放系统绝热密度算符和目标纯态的计算过程中预期。然后分析用于获得期望结果的优选时间窗口。我们通过实验实现了这些系统，通过一个单一的被困的镱离子$^{171}$ Yb $^+$，其中离子超精细能级被用作自由度的两个能级系统，驱动场和散肩强度有效地可控。
2019-06-18 quant-ph
Asymptotic State Vector Collapse and QED Nonequivalent Representations
本文用非微扰QED方法分析了测量纯态与集体量子系统或光场相互作用中态矢量的演化。作为模型例子，考虑了散射在原子核或中微子上的电子末态的测量。产生的电磁韧致辐射包含了数量不受限制的软光子，导致总辐射通量成为经典可观测量，这意味着态矢坍缩。系统从初始态到最终态的演化是非幺正的，在无限时间的极限下是形式上不可逆的。
1997-05-28 quant-ph
Irreversible Performance of a Quantum Harmonic Heat Engine
热机中不可避免的不可逆功率损失是量子起源的。遵循热力学传统，分析了一个奥托循环的量子热机模型.该模型的工作介质是由谐振子系综组成的。基于正则不变性的概念，建立了量子可观测量和量子变量之间的联系。这些量子变量足以确定系统的状态，并与它的所有物理变量。最佳的工作，功率和熵产生的条件表明，最大功率是一个折衷的准静态限制的绝热以下的压缩和膨胀的分支和突然的限制非常短的时间分配给这些分支。在高温和准静态操作条件下，最大功率下的效率与内可逆结果一致。最佳压缩比从准静态极限时温度比的平方根变化到突变极限时温度比的1/4次方，准静态极限时温度比的可逆性由热导决定，突变极限时温度比的不可逆性由摩擦决定。当发动机偏离绝热条件时，性能受到摩擦的影响。这种摩擦的起源可以追溯到工作介质的动能和势能的不可互换性。
2006-05-07 quant-ph
Superadiabatic quantum heat engine with a multiferroic working medium
提出了一种以$\textrm{LiCu}_{2}\textrm{O}_{2}$为手性多铁性工质的量子热力学循环。绝热性的捷径，以实现一个有效的，有限时间的量子热力学循环，这被发现依赖于自旋排序。与手性自旋序相关的出现的电极化的强度，即磁电耦合，使得通过外部电场对自旋序的操纵成为可能，并因此使得周期的电场控制成为可能。由于自旋和电极化的强度之间的固有耦合，循环执行电磁功。我们确定这个工作的均方波动，不可逆的工作，和输出功率的循环。我们观察到，工作的均方波动增加的绝热冲程的持续时间，而不可逆功和输出功率的循环表现出非单调的行为。特别地，不可逆功在量子绝热冲程结束时消失。这一事实证实了循环是可逆的。我们的理论研究结果证明存在一个系统固有的最大输出功率。通过实施Lindblad主方程，我们量化的热弛豫的循环效率的作用。我们还讨论了编码在非共线自旋序中的纠缠作为影响量子热力学循环的资源的作用。
2016-08-05 quant-ph
Sufficient conditions for adiabaticity in open quantum systems
绝热近似在量子力学中具有广泛的适用性，为研究由缓变含时哈密顿量控制的量子系统的非跃迁动力学提供了一种简单的方法。然而，标准绝热定理是专门针对封闭量子系统导出的。在实际的开放系统中，必须考虑不可避免的系统-储层相互作用，这强烈影响绝热行为的推广。本文介绍了开放量子系统中绝热近似的充分条件。这些条件是简单的，但一般，提供了一个合适的工具，以调查绝热性的任意初始混合态下的时间局部主方程的演变。我们首先说明我们的结果表明，开放系统的绝热近似是兼容的量子热力学描述在热平衡，不可逆熵产生消失。我们还将我们的充分条件作为量子控制的工具，评估了Deutsch算法和Landau-Zener模型在退相干下的哈密顿量的绝热行为。
2020-11-11 quant-ph
Minimizing irreversible losses in quantum systems by local counter-diabatic driving
反非绝热驱动协议被提出作为一种手段，在没有令人兴奋的过渡做快速变化的哈密顿量。这种驱动原则上允许实现任意快速退火协议或实现快速无耗散驱动，从而规避需要无限慢速率的标准绝热限制。这些想法在小型系统中进行了实验和理论测试，但在较大的混沌系统中，已知不存在精确的反非绝热协议。在这项工作中，我们开发了一个简单的变分方法，允许一个找到最好的可能的反非绝热协议的物理约束，如局部性。这些协议是很容易得到和实施的实验和数值。我们表明，使用这些近似协议，可以大大减少耗散和增加保真度的量子退火协议在复杂的多粒子系统。在快速限制，这些协议提供了一个有效的双重描述绝热动力学的耦合常数起着时间的作用和反非绝热项起着作用的哈密顿量。
2016-12-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Approximate Master Equations for Atom Optics
在原子光学领域，许多实验都是以二能级原子与光场的耦合为基础的。这个系统的演化是由一个主方程控制的。这个主方程的不可逆分量描述了光子从原子的自发发射。对于许多应用，有必要将这种不可逆演变的影响降至最低。这可以通过具有远失谐光场来实现。这种机制的缺点是，使失谐非常大，使得求解主方程所需的时间步长非常小，比任何重要演化的时间尺度小得多。这使得问题在数值上非常密集。由于这个原因，近似被用来模拟主方程，这是更容易解决的数值。本文分析了四种近似：标准绝热近似;更复杂的绝热近似（以前没有使用过）;长期近似;和全量子修饰态近似。每一个的优点和缺点进行了调查方面的准确性，复杂性和模拟所需的资源。在一个特别实验感兴趣的参数制度，只有复杂的绝热和dressed状态近似同意与确切的演变。
2002-09-03 quant-ph
Reversibility and Adiabatic Computation: Trading Time and Space for Energy
未来计算设备的小型化和移动化需要节省能源的“绝热”计算。这取决于计算的逻辑可逆性。一个例子是量子计算的想法，除了不可逆的观察步骤之外，量子计算是可逆的。我们建议定量研究计算资源的交换，如时间和空间的不可逆性计算。不可逆计算的可逆模拟是内存密集型的。这种（多项式时间）模拟分析这里的“可逆”卵石游戏。我们表明，班尼特的鹅卵石策略使用最少的额外空间的最大数量的模拟步骤。我们得出一个权衡存储空间与不可逆擦除。接下来我们考虑可逆计算本身。另一种证明提供了一个精确的表达的最终不可逆成本，否则可逆计算的时间和空间的使用没有限制。在指数时间区域的时间不可逆性权衡层次。最后，极端的时间不可逆性权衡可逆计算的完全不切实际的范围内的可计算与不可计算的时间界限。
1997-03-13 cs.CC cs.CE cs.DS
Irreversible work and inner friction in quantum thermodynamic processes
我们讨论了封闭量子系统的热力学驱动平衡的变化，在一个控制参数，并经历一个单一的过程。我们比较了实际上做的工作的系统，将沿着理想的绝热和等温变换进行。与后者的比较导致不可逆功的引入，而与前者的比较导致内摩擦的引入。我们表明，这两个量可以同等对待，因为两者都可以与热化过程中的热交换，都可以表示为相对熵。此外，我们表明，一个特定的涨落关系的熵产生与内摩擦存在，这使得内摩擦可以写在其累积量。
2014-07-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Emergent quantum mechanics as a thermal ensemble
有人认为，引力对量子力学系统的作用是耗散的，引起了与量子涨落难以区分的热涨落。这使得一些作者要求将某种形式的时间不可逆性纳入量子力学的形式主义中。作为实现这一目标的工具，我们提出了一个化学方法的量子力学，Onsager的经典理论的不可逆过程和Prigogine的非幺正变换理论的基础上。一个熵算符取代了哈密顿算符，成为演化的生成元。对应于熵的正则共轭变量是一个无量纲的演化参数。与哈密顿量相反，熵算符不是守恒的诺特荷。我们的构造成功地实现了量子理论中的引力诱导不可逆性。
2013-05-01 hep-th math-ph math.MP
Quantum decoherence and an adiabatic process in macroscopic and mesoscopic systems
量子退相干对于弛豫到平衡分布以及相应地对于平衡过程是至关重要的。我们演示了如何相干破缺意味着演化到微正则分布（"微正则假设“），并在此基础上，考虑一个绝热过程，其中没有恒温器。我们强调它与零多方过程的区别，即，一个热容量为零但涉及恒温器的过程。我们找到了绝热过程的分布，并表明：（i）在经典极限下，该分布是正则的;（ii）对于宏观系统，绝热过程和零多方过程的能量平均值相同，但其涨落不同;对于后者，绝热过程通常是不可逆的。
1995-10-26 adap-org nlin.AO quant-ph
Perturbative Expansion of Irreversible Work in Fokker-Planck Equation a la Quantum Mechanics
利用含时Fokker-Planck算子的本征函数讨论了Fokker-Planck方程解的系统展开式。膨胀参数是控制外部势形式的外部参数的时间导数。我们的展开式对应于量子力学中绝热运动的微扰计算。利用这种方法，我们推导出了一个新的计算不可逆功阶数的公式，它用伪密度矩阵表示为期望值。将此方法应用于调和势的情形，我们证明了展开式的一阶项给出了精确结果。由于不需要求解耦合的矩量微分方程，因此简化了各种函数的计算，如单位时间内不可逆功的涨落。我们进一步研究精确的优化协议，以最大限度地减少不可逆的工作，通过计算其变化相对于控制参数本身。
2017-07-14 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Plasmonic skyrmion quantum thermodynamics
本文提出基于等离激元斯格明子晶格的量子热机，利用拓扑保护实现零不可逆功，无需绝热捷径，并可通过斯格明子数量调控输出功率。
2023-12-09 cond-mat.str-el quant-ph
More bang for your buck: Towards super-adiabatic quantum engines
循环的可逆性质是基于理想准静态动力学假设的理想化。作为这个假设的结果，理想的发动机以最大效率运行，但具有零功率。另一方面，现实的发动机在有限时间内运行，本质上是不可逆的，这意味着在短循环时间内的摩擦效应。工程目标是找到在最大可能功率下允许的最大效率。在当前的技术时代，随着我们在纳米级及更高级别上操纵设备的能力，人们必须了解在量子力学水平上运行的引擎的后果。在这一领域，人们无法避免量子和热涨落的出现，它们极大地改变了循环的能量学。最近，已经表明量子系统的哈密顿量可以通过非绝热捷径以模拟绝热过程的方式被操纵。大量的实验进展已经在实验室中证明了其中的几个建议。在本文中，我们表明，通过利用量子发动机循环中绝热性的捷径，人们可以设计一个在有限功率和零摩擦下工作的循环。我们的研究结果阐明使用谐振子经历量子奥托循环。
2013-05-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum signatures of chaos in a cavity-QED-based stimulated Raman adiabatic passage
非线性受激拉曼绝热过程（STIRAP）是一个动态探索混沌和非混沌相的有趣物理过程。在最近的论文Phys.Rev.Res.2，042004（R）（2020）中，这种现象在腔QED平台中实现。在那里，混沌的出现及其对STIRAP效率的影响主要表现在半经典极限。在本文中，我处理的问题，在一个完全量子多体框架。为了提取经典混沌系统的量子特征，我们证明了一个超时间有序相关器（OTOC）可以精确地捕获系统的混沌/非混沌特征。OTOC的预测结果与经典的李雅普诺夫指数（LE）量化的混沌相匹配。此外，它表明，对应于半经典的后续状态的量子路线遇到的单粒子纯度下降的混沌相内，描绘了混沌的后果。通过混沌相的动力学与多体量子态的扩展和参与的绝热本征态的数目的不可逆增加相关联。
2020-11-26 cond-mat.mes-hall nlin.CD quant-ph
Nonadiabatic evolution and thermodynamics of a time-dependent open quantum system
研究了有限温度热浴中受驱动量子系统的动力学演化和热力学过程。对含时离散能级系统，导出了Born-Markov量子主方程。这个量子主方程可以应用于具有宽范围的驱动速度和浴温的情况，因此即使在非绝热跃迁和耗散共存的情况下，也可以用于研究有限时间量子热力学。以耗散Landau-Zener模型为例进行了分析。模型的粒子数演化和跃迁几率揭示了绝热区以外驱动与耗散竞争的重要性。此外，不可逆熵产生的局部最大值发生在中等扫描速度和有限的温度，低耗散模型不能描述。
2021-05-12 quant-ph
Evolution towards quasi-equilibrium in nematic liquid crystals studied through decoherence of multi-spin multiple-quantum coherences
通过多自旋多量子相干的去相干研究向列液态晶体中准平衡态的演化，揭示了不可逆绝热去相干的本征选择现象。
2025-12-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Irreversibility in a unitary finite-rate protocol: The concept of internal friction
在一个简单的、实验上可达到的量子系统中研究了内耗的概念，在该系统中，自旋为1/2的原子在横向磁场的作用下经历量子绝热过程.利用参数变换得到的实际密度矩阵与可逆绝热过程密度矩阵之间的量子相对熵，在系统哈密顿量的前后幺正变换中定量分析了由于量子摩擦产生的不可逆废能.通过分析总转换时间和不同脉冲控制方案对内耗的影响，揭示了内耗随总协议时间变化的非单调性，以及在有限时间转换中几乎无摩擦解的可能性.
2016-04-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Unified trade-off optimization of quantum harmonic Otto engine and refrigerator
我们调查的量子奥托发动机和制冷循环的最大$Ω$ -功能，一个权衡的目标函数，代表了一个特定的工作之间的折衷的能量收益和损失的条件下工作的时间依赖的谐振子，绝热和非绝热（突然）频率调制。我们推导出奥托循环的效率和性能系数的解析表达式。对于绝热驱动的情形，指出在低温区，谐振Otto热机（制冷机）可以映射到Feynman的棘轮棘爪模型，这是一个稳态经典热机。对于频率的突变，我们得到了效率-功曲线的环状行为，这是不可逆热机的特征。最后，我们讨论了制冷机在最大$Ω$ -函数下的制冷功率行为，并指出了制冷机的最佳工作点。
2021-12-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Metric Unveils Defect Freezing in Non-Hermitian Systems
本研究通过引入非平凡动力学度量的框架，揭示了非厄米系统在经历线性淬火时，PT破缺的时间演化会导致缺陷冻结并违反绝热性，而该现象无法被常规的态范数归一化方法捕捉。
2023-10-24 cond-mat.str-el quant-ph
The Quantum Four Stroke Heat Engine: Thermodynamic Observables in a Model with Intrinsic Friction
量子热机的基本原理是从第一原理推导出来的。该研究是基于运动方程的最小集的运营商，然后用于定义系统的状态。研究了量子框架与物理观测量之间的关系。采用耦合二能级系统作为工质的四冲程热机模型，探讨了这些基本关系。在所使用的模型中，内部哈密顿量不与定义两个绝热分支的外部控制场交换。在恒定的场值下，通过耦合到热储层和冷储层，将热量传递到工作流体。在所有分支上导出了相应观测量的显式量子运动方程。对常场分支的传热动力学问题进行了封闭求解。在计算表上，使用了一般的数值解，并与特定的解析解进行了比较。将这些解决方案组合起来构建操作循环。发动机，然后分析的频率熵和熵温度图。发动机的不可逆性质是由于内部和外部哈密顿量的不可压缩性而导致的有限热传递速率和类似摩擦的行为的结果。
2003-03-10 quant-ph
The role of coherence in the non-equilibrium thermodynamics of quantum systems
利用相干性的相对熵，我们分离出相干性对受驱动非平衡量子系统能量学的贡献。我们证明了不可逆功可以分为相干功和非相干功，这为在封闭量子系统的一般非平衡变换中量化相干功提供了一个可操作的判据.然后，我们研究这样的贡献在两个物理模型的驱动量子比特和踢转子。此外，我们还表明，相干生成连接到一个过程的非绝热性，它给出了占主导地位的贡献足够慢的转换。在能量本征基中产生的相干量相当于对角熵的变化，在这里我们证明它满足涨落定理。
2017-07-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Entropy production dynamics in quench protocols of a driven-dissipative critical system
由于在量子光学装置中实验实现的前景，驱动-耗散相变是当前激烈研究的主题。呈现这种转变的最典型的模型是克尔模型，它预测了光学双稳态现象，其中系统可以在相同的驱动条件下松弛到两个不同的稳态。然而，这些状态本质上是不平衡的，因此其特征是不可逆熵的持续产生，这是热力学中的一个关键量化指标。在本文中，我们研究了Kerr模型的淬火方案，其中外部泵突然改变的熵产生率的动力学。这是使用最近开发的基于Husimi $Q$函数的形式来实现的，该函数特别适合于驱动耗散和非高斯玻色子系统[Phys. Rev. Res. 2，013136（2020）]。在这个框架内，熵产生可以分为两个贡献，一个是广泛的驱动和描述经典不可逆性，另一个是密集的，直接与量子涨落有关。后者，特别是，被发现揭示了高度的非绝热性，不同的亚稳态之间的淬灭。
2020-12-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Work-distribution quantumness and irreversibility when crossing a quantum phase transition in finite time
在有限时间动力学中，非平衡量子系统的热力学行为包含了能量涨落的描述，它决定了系统的一系列物理性质。此外，多体系统中的强相互作用对非平衡动力学中的能量涨落统计有显著的影响。通过驱动瞬态电流反对前体金属-莫特绝缘体过渡的动力学制度的多样性，我们展示了如何增加的相关性显着影响的能量波动的统计，从而有限哈伯德链的量子功分布。这种分布的统计性质，如其偏度，在过渡期间发生显着变化，可以与不可逆性和熵产生有关。即使接近绝热性，准量子相变也会阻碍平衡，增加过程的不可逆性，并在量子功分布中诱导强量子特征。在莫特绝缘阶段的工作波动耗散平衡得到修改，与不可逆的熵产生占主导地位的工作波动。在量子技术中应用的小规模器件的协议设计中，必须考虑相互作用驱动的量子相变对热力学量和不可逆性的影响。最终，这种多体效应也可以在量子尺度上用于功提取和制冷协议。
2019-08-28 cond-mat.str-el quant-ph
Theory of Irreversibility in Quantum Many-Body Systems
本文研究量子多体系统中幺正动力学与不可逆弛豫的调和问题，将谱形状因子与自关联函数联系，并在随机相位模型中解析证明热力学极限下 RP 共振导致不可逆性和反常弛豫。
2025-06-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Classical Reversible Computation by Quantum Coherence
King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM)（国王法赫德国立石油与矿产大学）；University of Basel（巴塞尔大学）
针对数据中心和AI应用能源需求问题，提出在自旋量子点阵列中用相干自旋动力学实现经典可逆逻辑，以酉旋转取代不可逆开关，构建iToffoli门，模拟重现真值表，该硬件具双重用途，降低了门能量。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
