Quantum correlations in the thermodynamic limit: the XY-model
J. Batle, A. Plastino, A. R. Plastino, M. Casas
本文在XY模型的基础上研究了量子关联在热力学极限下的热性质
We investigate thermal properties of quantum correlations in the thermodynamic limit with reference to the XY-model
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Correlations in quantum thermodynamics: Heat, work, and entropy production
我们提供了一个表征能量的形式交换的热量和工作之间的两个相互作用的组成部分的一个封闭的，二分的，相关的量子系统。通过定义结合能，我们得到了热力学热力学第一定律的一个一致的量子公式，其中相关性的作用变得明显，这个公式简化为相关系统中的标准经典图像。接下来，我们讨论热力学第二定律在某些条件下的出现-但相当普遍-如马尔可夫假设。我们通过两个例子来说明热力学中的关联和相互作用的作用。
Trade-off Between Work and Correlations in Quantum Thermodynamics
量子热力学和量子信息是将量子力学系统用于实际任务的两个框架，利用真正的量子特征来获得相对于经典实现的优势。虽然一开始看起来是不相关的，但这些框架的主要资源，工作和相关性，有一个复杂而有趣的关系，我们在这里研究。我们回顾相关性在量子热力学中的作用，特别关注功到相关性的转换。我们提供了新的见解的基本工作成本的相关性和最佳相关酉的存在，并讨论相关的开放问题。
Correlations as a resource in quantum thermodynamics
物理系统中相关性的存在对于许多量子信息任务来说是一种有价值的资源。它们也与热力学转变有关，它们的产生通常与一些能量消耗有关。在这项工作中，我们研究的作用，在热力学过程中的状态形成的单次制度的相关性，并发现相关性也可以被视为一种资源。首先，我们表明，通过允许最终状态中的相关性，可以降低创建给定状态的多个副本的能量成本。我们得到的最小成本为每一个有限数量的子系统，然后我们表明，这一功能并不限于副本的情况下。更一般地说，我们证明，在渐近极限，通过允许对数数量的相关性，我们可以恢复标准的结果，其中的自由能量化这个最低成本。
Quantum thermodynamic advantage in work extraction from steerable quantum correlations
本文设计了一个双方功提取博弈，利用量子关联的可操纵性作为关键资源，证明了可操纵场景下可提取功的比率随系统维度增加而提升，从而确立了量子热力学优势。
The effect of nonequilibrium entropy production on the quantum Fisher information and correlations
在本研究中，我们应用超越久期近似的量子主方程，研究了增强量子精密测量和量子关联的非平衡热力学代价。我们发现，非平衡条件增强量子费舍尔信息（QFI）和量子关联主要是弱隧穿方案。的增强是由相应的增加的热力学成本的熵产生率（EPR）的特征。对于强隧穿区，QFI和量子关联不能通过较高的热力学代价不断提升，一旦系统被极大的能流过载，QFI和量子关联就会衰减。结果表明，对于弱隧穿率的开放系统，可以利用热力学代价来改善量子精密测量和量子关联。
Quantum thermodynamics, quantum correlations and quantum coherence in accelerating Unruh-DeWitt detectors in both steady and dynamical state
研究Unruh-DeWitt探测器模型中量子热力学、量子关联和量子相干性的相互作用，分析马尔可夫和非马尔可夫环境下的资源演化，揭示非马尔可夫动力学可增强量子关联保持并提高量子热机效率。
Quantum thermal machine acting on a many-body quantum system: role of correlations in thermodynamic tasks
我们研究了三能级热机作用于多量子比特系统时的功能，整个系统被放置在电磁场中的静态热平衡配置。这种现实的设置介于迄今为止探索的单量子位和宏观物体目标的两种情况之间，提供了有关热力学背景下纯量子性质的系统尺寸缩放的信息。我们表明，由于场诱导的量子位之间存在鲁棒相关性，机器可以将热力学任务局部交付给每个量子位，也可以集体交付给多量子位系统：这使得任务也可以在比机器尺寸大得多的系统上交付。
Quantum Thermodynamics and Hierarchy of Quantum Correlations and Fidelity of Teleportation in a Two Coupled Double Quantum Dots
本文研究了两个耦合双量子点中的量子关联、保真度与量子热力学，发现量子关联层级与单向导引，证实其在量子隐形传态和提取功方面的优势，是量子信息处理的优质资源。
The thermodynamics of creating correlations: Limitations and optimal protocols
我们在量子尺度上建立了基本资源理论之间的严格联系。关联和纠缠是众多量子信息任务不可或缺的资源。然而，它们的建立是以消耗热力学资源能量为代价的，并且受到初始熵的限制。在这里，能量转换成相关性的最佳转换进行了研究。假设存在一个热浴，我们建立一般的界限任意系统，并构建一个协议饱和。由互信息量化的相关性的量最多可以随着可用能量线性地增加，并且我们确定线性状态在哪里崩溃。我们进一步考虑真正的量子关联的产生，重点是我们宇宙的基本组成部分：费米子和玻色子。对于费米子模式，我们找到了最佳的纠缠协议。对于玻色子模式，我们表明，虽然高斯操作可以优于在创建纠缠，它们的性能是最佳的高能量。
A Demon that remembers: An agential approach towards quantum thermodynamics of temporal correlations
本文提出一个决策理论框架，用于从量子系统中的时间相关性中提取热力学功，通过引入ρ*理想协议，展示了利用记忆效应可使适应性策略超越非适应性界限，并引入了时间有序自由能（TOFE）作为新型上界，揭示了与适应有序discord相关的热力学间隙。
All steerable quantum correlations can provide thermodynamic advantages in cooling
本研究通过设计冷却任务，证明可操控量子关联在热力学冷却中具有优势，并揭示其与操控性鲁棒性的关系。
Thermodynamic limits of the Mpemba effect: A unified resource theory analysis of correlation-enabled mechanisms
本文通过量子资源理论探讨Mpemba效应的微观起源，揭示经典与量子关联在特定能量简并条件下对效应的贡献，并指出关联的不足性解释了实验中该效应的偶发性和矛盾现象。
Thermodynamically optimal creation of correlations
相关性是几乎所有科学预测的核心。因此，有兴趣问是否存在一般限制的相关性，可以创建在有限数量的投资能源。在量子热力学中，这样的限制可以从第一原理推导出来。特别是，它可以表明，在热背景中建立初始不相关的系统之间的相关性具有能量成本。这个成本，这取决于系统的尺寸和细节的能级结构，可以从下面的边界，但这些边界是否可以实现是一个悬而未决的问题。在这里，我们提出了一个框架，研究过程中的最佳相关相同的（热）量子系统。该框架是基于分解成子空间，每个支持状态与对角（经典）边缘。使用随机优化理论的方法，我们表明，在最小的能量成本的相关性的创建是可能的所有对三维和四维量子系统。对于更高的维度，我们提供了充分的条件存在这样的最佳相关操作，我们推测存在于所有维度。
Thermodynamic sensing of quantum nonlinear noise correlations
本研究提出耦合机械振荡器的非线性双模干涉仪量子噪声传感方案，通过监测机械振荡器感知输出场作功容量以揭示量子非线性关联，可替代量子多端口干涉测量的层析成像方法，助力多模量子非线性规范场的模拟与控制。
Optimal Manipulation Of Correlations And Temperature In Quantum Thermodynamics
本论文致力于研究两个任务：制冷和相关性的创建。在制冷部分，两种不同的范式的冷却，即相干和非相干，被定义。这些范例与其他现有的制冷技术，如热浴算法冷却（HBAC），量子热力学的资源理论方法，自主冷却的连接。每一个范式，然后调查自己。这特别允许导出一般的和可达到的界限。这个界限在其简单性方面是惊人的：它取决于用于冷却感兴趣的系统的环境/机器的单个参数。相关性的创建部分致力于定量研究对于给定的能量可以创建多少相关性。在精确地制定了感兴趣的问题，我们解决它的任意有限维二分系统消失的背景温度。对于不为零的背景温度，问题的对称性被打破，使其更难处理。当两个系统是彼此的副本时，足够的对称性被恢复以制定对所有（有限）维系统有效的上限，并证明其在3维和4维的可达性。此外，我们推测，以及显示的证据，在任何维度的约束是可达到的。
Improved Landauer's principle and generalized second law of thermodynamics with initial correlations and non-equilibrium surrounding environments
热力学第二定律的传统形式受到三个条件的严格限制：一是系统与环境的初始联合态必须是一个乘积态，因而不存在初始关联;二是环境的初始状态处于热力学平衡状态。最后是系统和环境之间的弱耦合。为了理解热力学和信息论的关系，特别是当存在初始关联时，应该重新审视第二定律的表述。在这项工作中，使用量子统计力学的热力学和量子信息科学的技术，我们重铸基本的热力学热力学定律从理论信息的观点。系统与周围环境之间的初始相关性被认为是，它的演变，并导致传统配方的修改。我们得到了熵增加、朗道原理和热力学第二定律的改进形式，这些改进形式是等式而不是不等式，通过这些改进形式可以精确地证明信息的物理本质。进一步，利用完全属于量子信息理论的语言，我们对自然演化过程的方向给出了一个新的表述：孤立量子系统的演化，其中子系统之间不存在关联，初始时总是朝着关联信息永远不会减少的方向演化。这一结果表明，传统的熵增加原理可以用信息论来重新描述。
Bayes' rule, generalized discord, and nonextensive thermodynamics
以贝叶斯规则为唯一的基本原理，导出了量子关联的广义测度。由此产生的量词满足几个理想的条件的量子相关性的措施，并承认操作的解释方面的差异，在效率的量子和经典的恶魔，允许提取广义的工作从热浴。采用$q$熵作为熵原理，建立了与不和谐的联系。这使我们能够重现，在一个参数的形式主义，熵和几何措施的不和谐和物理上区分它们的背景下的非广泛的热力学。除了提供了一个统一的观点的几个措施的相关性的贝叶斯原理及其与热力学的联系，我们的方法揭示了一座桥梁，非广泛的统计力学。
Thermodynamic correlation inequality
本文提出热力学关联不等式，用动力学活动性约束马尔可夫过程中关联函数的变化，并将其应用于线性响应函数，证明扰动影响可由动力学活动性界定上界。
Generalized Laws of Thermodynamics in the Presence of Correlations
热力学的热力学定律，尽管它们的适用范围很广，但当系统与它们的环境相关联时，它们就失效了。在这里，我们将热力学推广到允许存在相关性的物理场景，包括存在强相关性的场景。我们利用信息和物理之间的联系，并引入了一个一致的重新定义的散热系统会计的信息流从系统到浴的条件熵。因此，亥姆霍兹自由能的公式相应地被修改。这样的补救措施不仅修复了明显违反朗道擦除原理和第二定律，由于异常热流，但也导致了一个普遍有效的重新制定的热力学热力学定律。在这种信息论方法中，系统和环境之间的相关性存储工作潜力。因此，在这种观点中，表观异常热流是由这种势驱动的制冷过程。
Nonlocal correlations in quantum energy teleportation: perspectives from their Majorana representations and information thermodynamics
本文提出量子自旋模型上的 Alice-Bob 量子能量隐形传态协议，利用 Majorana 费米子非局域关联子刻画最大提能与局域能量降低，并从零温信息热力学解释其机制。
Thermodynamic cost of creating correlations
我们调查的基本限制所施加的热力学创建相关性。考虑收集最初不相关的热量子系统，我们问有多少经典和量子关联可以通过一个循环的哈密顿过程。我们推导出形成的互信息和纠缠的界限，作为系统的温度和可用能量的函数。虽然对于有限数量的系统有一个最高温度允许创建的纠缠，我们表明，真正的多体纠缠-最强的形式纠缠在多体系统-可以在任何温度下创建时，考虑足够多的系统。这种方法可以在例如量子信息处理中找到应用，用于其中热力学考虑不能被忽略的物理平台。
Optimal work extraction and thermodynamics of quantum measurements and correlations
分析了间接量子测量在非平衡态量子系统功提取中的作用。特别是，我们专注于工作，可以通过利用感兴趣的系统和一个额外的辅助系统之间共享的相关性，其中测量反作用引入了一个非平凡的热力学权衡。我们提出了最佳的状态依赖的协议提取工作从经典和量子相关性，后者被测量的不和谐。我们表明，虽然经典相关的工作内容可以通过对感兴趣的系统进行局部操作来完全提取，但与量子不和谐相关的工作量需要一个特定的驱动协议，该协议包括系统和辅助系统之间的相互作用。
Measuring multipartite quantum correlations by thermodynamic work extraction
本文提出基于热力学功提取的多体量子关联度量，通过高效方法计算并验证其在量子多体系统中的应用。
Quantum simulation of thermodynamics: Maxwell relations for pair correlations
本文提出广义麦克斯韦关系，将每个热力学量与单个局域关联函数关联，从而在量子模拟器中从对关联函数推导热力学性质，并展示其在多个量子多体模型及原子级薄材料等凝聚态系统中的应用。
Entanglement and the Thermodynamic Arrow of Time
我们在热力学时间箭头的背景下讨论了量子纠缠。我们回顾了相关性在熵减事件中的作用，证明了两个热力学态之间的转换构成了一种新型的纠缠见证，这种见证不是定义为可分离态和纠缠态之间的状态空间中的分离平面，而是依赖于状态的局部初始性质的物理过程。扩展Partovi的工作，我们考虑一个一般的纠缠多体系统，允许大逆转的热力学时间箭头。我们描述了一个层次的箭头，所产生的不同的相关性允许在一个量子态和检查这些功能的背景下，麦克斯韦的恶魔。我们详细研究了三个量子位的情况，并提出了一些简单的实验演示可能与少量的量子位。
Activating thermally charged quantum batteries in finite time: Thermodynamic trade-offs between correlations, work, and information
研究热充电量子电池无法按需提取能量的问题，提出通过随时间变化的搅拌协议及投影测量激活电池，考虑相关成本得出最大可提取净能量界限，以波导 - QED设置为例表征协议性能。
Correlation energy of the paramagnetic electron gas at the thermodynamic limit
本文用变分和扩散量子蒙特卡罗方法计算了中高密度顺磁三维均匀电子气的相关能。基态能量在有限的细胞确定使用斯莱特-Jastrow-回流试验波函数，和有限尺寸的错误被删除使用扭曲平均边界条件和外推的能量每粒子的热力学极限的无限系统的大小。我们在热力学极限下的相关能较低（即，更负，因此更准确的变分原理比以前的结果），并可用于参数化的密度泛函应用于高密度系统。
The geometry and thermodynamics of dissipative quantum systems
狄拉克的经典类比方法被用来将量子自由度纳入现代非平衡态热力学。所提出的耗散量子力学的表述完全建立在由耗散子和正则关联所隐含的几何结构之上。一个清晰的非线性量子主方程的制定如下的热力学结构。具有内部结构的复杂经典环境可以很容易地处理。
Quantum correlations and thermodynamic performances of two-qubit engines with local and collective baths
我们研究的热机的工作物质是由两个耦合的量子比特执行广义奥托循环，通过改变其施加的磁场或它们的相互作用强度在压缩和膨胀冲程。在加热和冷却冲程期间，两个量子位耦合到不一定处于平衡的局部和公共环境。我们发现量子引擎的实例耦合到非平衡的共同环境中表现出非平凡的量子相关性所见证的单调依赖的工作产生的量子不和谐和纠缠。
Quantum entanglement and extractable work for Gaussian states
本研究探讨了双模高斯态中可提取功与量子关联的关系，发现可提取功的定量差异取决于状态属于可分态、纠缠态还是可导态。
Verschraenkung versus Stosszahlansatz: Disappearance of the Thermodynamic Arrow in a High-Correlation Environment
环境相关性在确定热力学行为的关键作用。构造了一类两个宏观系统的纠缠态，使得在给定的温度下，每个组分都处于热平衡状态，当两个组分相互作用时，热可以从较冷的系统流向较热的系统.稀气体模型表现出这种行为。热力学箭头的这种逆转是两个系统之间纠缠的结果，这种情况与分子混沌相反，并且在低熵环境中不太可能。第二定律是在低熵环境下通过证明克劳修斯不等式而建立的。这些普遍的结果强烈地支持了最初由玻尔兹曼表达并随后由其他人详细阐述的期望，即第二定律是一种需要低熵宇宙学环境的涌现现象，这种宇宙学环境可以有效地作为理想的信息库。
Estimate of equilibration times of quantum correlation functions in the thermodynamic limit based on Lanczos coefficients
本研究基于Lanczos系数提出估计量子混沌系统中局部可观测量平衡时间的方法，并通过数值和解析论证证明其有效性。
Correlations, operations and the second law of thermodynamics
完全正的保迹映射对于热力学第二定律的表述是必不可少的。量子系统的动力学，与它们的环境相关，一般不被这样的映射描述。我们探讨如何解决这个问题，通过描述这个问题的经典模拟。我们认为相关的概率分布，其随后的系统动力学是不好的描述随机映射，并规定正确的方式来描述的动态。我们使用这个处方来讨论第二定律的经典版本，适用于相关的概率分布。
A Thermodynamical Approach to Quantifying Quantum Correlations
我们考虑的工作量，可以从一个热浴使用由两方共享的二分态提取。一般来说，它小于当一方拥有整个国家时可提取的工作量。我们推导出这个“工作赤字”的界限，并计算它明确的一些不同的情况下。对于纯态，功亏损正好等于态的可纠缠度，这对于最大关联态也是可以实现的。在这些情况下，在可提取的物理功和可消除的纠缠之间存在一种互补形式。功亏损是一种很好的量子关联度量，为理解量子非定域性提供了一个新的范式。
Quantum correlation entropy
我们研究了量子粗粒熵，证明了局域和全局粗粒熵之间的差距是纠缠熵对混合态和多体系统的自然推广。这种“量子关联熵”$S^{\rm QC}$在独立系统上是可加的，在局部幺正操作下是不变的，测量总的非经典关联（在具有严格经典关联的状态上消失），并减少到两体纯态的纠缠熵。它量化了通过局部测量可以理解量子系统的程度，并直接与非平衡热力学联系在一起，包括代表热力学熵产生的量子部分的下限。我们讨论了其他两个措施的非经典相关性，这种熵是等价的，并认为，他们一起提供了一个独特的degreically区别措施。
The correlation production in thermodynamics
宏观多体系统总是伴随着熵的增加而表现出不可逆行为。然而，多体系统的微观动力学，无论是（量子）冯诺依曼或（经典）刘维方程，保证了一个孤立系的熵不随时间而变化。请注意，在实际测量中，通常是部分信息（例如，边缘分布，少体可观测的期望），这是直接访问我们的观察，而不是完整的合奏状态。但事实上，这样的部分信息足以给出大多数宏观热力学量，它们表现出不可逆行为。同时，在整个系综中隐藏有一些相关熵，即，不同边缘分布之间的互信息，但在实际中很难被感知。我们注意到这种关联产生与标准热力学中的宏观熵增加密切相关。在开放系统中，可以证明开放系统的不可逆熵产生与开放系统与其环境之间的关联产生是等价的。在孤立理想气体的自由扩散过程中，空间分布和动量分布之间的关联是单调递增的，可以很好地再现标准热力学中熵增加的结果。在粒子碰撞的情况下，单粒子分布总是接近Maxwell-Boltzmann分布作为其稳态，其熵增加确实表明粒子之间的关联产生。在所有这些例子中，整个孤立系的总熵保持不变。在这个意义上，宏观的不可逆性和可逆的微观动力学是一致的。
Approaching the Thermodynamic Limit of an Ideal Gas
本文通过对比经典和量子模型，研究粒子-壁相互作用对理想气体热力学极限的影响，揭示配分函数的修正机制。
Phase transition in a phonon gas with pair correlation
研究了具有相反动量相互作用声子的两两关联的声子气体的相变。在自洽场模型的框架内描述了这种声子系统的方法，并计算了它们的热力学特性。结果表明，具有对关联的声子气体可以存在于不稳定的热力学平衡状态。讨论了实验观察这种相的固体的可能性。
The virial equation of state for unitary fermion thermodynamics with non-Gaussian correlations
研究了在幺正极限下，动力学高阶微扰和统计非线性红外涨落/关联在费米气体维里状态方程中的作用.从平均场论出发，考虑了量子能级交叉重排效应，给出了自发产生的熵的简明数学表达式。首次计算了具有复杂非局部相关性的无量纲维里系数。通过一个通项公式，发现酉费米气体的维里系数与理想量子气体的维里系数成整数比例。与理想玻色子（$a^{(0)}_2=-\frac{1}{4 \sqrt{2}}$）或费米子（$a^{(0)}_2=\frac{1}{4 \sqrt{2}}$）相反，费米气体的第二维里系数$a_2$在么正性下等于零。在首阶量子修正消失的情况下，BCS-BEC交叉热力学在玻尔兹曼体系中体现了著名的纯经典玻意耳定律。非高斯关联现象可以通过研究焦耳-汤姆逊效应来验证。
Stochastic independence as a resource in small-scale thermodynamics
在热力学中众所周知，相关性的产生需要功。因此，如果热力学变换A->B是不可能的，那么在把A送到B的过程中还关联了一些辅助系统C的任何变换也是不可能的，这似乎是一个不言而喻的道理。令人惊讶的是，我们表明，这不是微观系统的非平衡态热力学的情况。相反，相关性的建立极大地扩展了可访问状态的集合，以至于我们可以在单个系统上执行任何变换，而这些变换只有在涉及的系统数量非常大的情况下才有可能在Single Shot中执行。我们还表明，人们只需要在少量的辅助系统（永远不超过三个）之间创建一个消失的少量的相关性（通过互信息测量）。微观热力学的许多严格的限制被简化为唯一的要求，即非平衡自由能在相变中减小。这表明，在原则上，等于系统自由能的功的可靠提取可以由微观引擎执行。
Energetics of quantum correlations
我们考虑了光腔中单模辐射场的光卡诺热机。其中一个热库是由一束热纠缠的二能级原子对组成的，它们与腔发生共振相互作用。我们表示的热力学效率的引擎的原子对的量子不和谐，并发现它可以超过其经典值。我们的结果表明，有用的工作可以从量子关联中提取，表明后者是量子热力学中的一个有价值的资源。
Thermodynamic Work Gain from Entanglement
我们表明，纠缠可以用来提取热力学功超越经典相关通过反馈控制的基础上测量的一部分复合系统。由于纠缠的净工作增益由存储器可访问的子系统之间的互信息内容的变化确定。
Quantum thermodynamics: thermodynamics at the nanoscale
本文简要介绍了量子热力学，讨论了三个新课题：1）有限量子系统的最大功提取。热力学的预言失败了，一个新的、普遍的结果被推导出来，即“各向同性”。2)在从两个温度设置中提取功时，相关性的存在可以将有效效率推到卡诺界限之外。3)在存在水平交叉的情况下，非缓慢变化可能比缓慢变化更优。
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