Possibility of the total thermodynamic entropy production rate of a finite-sized isolated quantum system to be negative for the Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad-type Markovian dynamics of its subsystem
研究了孤立量子系统的热力学总熵产生率。特别是，我们考虑了一个量子模型的耦合谐振子在一个星配置，其中一个中心谐振子（系统）耦合到一个有限数量的周围谐振子（浴）。在这个模型中，当整个系统的初始状态由系统和浴的吉布斯态的张量积给出时，每个谐振子总是处于温度依赖于时间的吉布斯态。这使我们能够定义每个谐振子的含时热力学熵和总的非平衡热力学熵作为它们的总和。我们分析确认，总热力学熵满足热力学第三定律。我们的数值解表明，即使当系统的动力学很好地近似的Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad（GKSL）型马尔可夫主方程，总热力学熵产生率可以是负的，而总热力学熵满足热力学第二定律。这一结果是对一般认为系统在GKSL型马尔可夫动力学下总熵产生率非负的一个反例。
2021-05-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic thermodynamics for a periodically driven single-particle pump
给出了时间周期单粒子泵的随机热力学分析，包括流量、热力学力、熵产生、功、热和效率的显式结果。这些结果在远离平衡态时是有效的。从线性（Onsager）政权的偏差进行了讨论。
2017-09-28 cond-mat.stat-mech
The Passivity Deformation Approach for the Thermodynamics of Isolated Quantum Setups
最近实现的量子设备，如量子处理器和量子模拟器，将高度复杂的量子动力学与高分辨率测量相结合。我们提出了一种被动变形的方法，设置热力学约束的演变，这样的量子器件。该框架通过同时解决第二定律在微观设置中的四个主要缺陷来增强热力学预测能力：i）即使在微观环境中也产生紧边界; ii）解决了超冷灾难; iii）它能够将守恒定律整合到热力学不等式中以使它们更紧; iv）它限制了非能量基础的可观测量，因此不会出现在热力学第二定律中。此外，该框架提供了对非热环境、相关环境以及微观设置中的粗粒度化的见解。我们的发现可以被探索和用于物理设置，如囚禁离子，超导电路，光晶格中的中性原子等。
2019-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Long-time behavior of periodically driven isolated interacting lattice systems
我们研究了孤立的相互作用的自旋链的动力学，周期性地驱动突然猝灭。使用有限链的完全精确对角化，我们表明，这些系统表现出三个不同的制度。对于较短的驱动周期，Floquet哈密顿量很好地近似的时间平均的哈密顿量，而对于较长的周期的演化算子表现出随机矩阵的圆形包围圈（CE）的属性。在这两者之间，有一个交叉的制度。基于有限尺寸标度分析和分析论证，我们认为，对于非零驱动周期的大系统，演化算子总是表现出CE随机矩阵的性质.因此，Floquet哈密顿量是非局部的，并且具有多体相互作用;并且驱动导致在长时间内等效于无限温度状态。这些结果与马格努斯膨胀的崩溃有关，并且预计将超出所考虑的特定晶格模型。
2014-12-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Exact statistics and thermodynamic uncertainty relations for a periodically driven electron pump
我们介绍了一个周期性驱动的电子泵，顺序与任意数量的热量和粒子库相互作用的模型。热力学通量，如熵产生和粒子流的精确表达式推导出任意远离平衡。我们使用本模型进行比较研究的热力学不确定性关系，是有效的系统与时间周期驱动。
2020-06-23 cond-mat.stat-mech
The microscopic origin of thermodynamic entropy in isolated systems
自量子力学诞生以来，对量子系统热力学熵的微观理解一直是个谜。在经典物理学中，这个熵被认为是一个孤立系可接近的相空间体积的对数[1]。没有量子力学的类比。相反，冯·诺依曼的熵假设[2]被最广泛地使用。然而，对于具有已知波函数的系统，这给出了零，即纯态。这是因为它测量的是系统信息的缺乏，而不是从热力学实验中获得的热流。许多论点试图回避这些问题，考虑耦合到一个大的外部感兴趣的系统，不像经典的情况下，玻尔兹曼的方法对孤立系是更令人满意的。有了新的实验技术，探测热化的量子性质现在是可能的[3，4]。在这里，利用我们对量子热化的理解的最新进展[5-10]，我们展示了如何获得从热力学实验测量的熵，仅仅从波函数的自纠缠，并找到强有力的数值证据表明，这两者对于非可积系统是一致的。令人惊讶的是，这种熵与热的概念密切相关，通常被认为是微观混沌运动，可以确定系统的能量本征态，这些本征态在时间上是静止的，因此不是混沌的，而是具有非常复杂的空间依赖性。
2012-02-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
General linear thermodynamics for periodically driven systems with multiple reservoirs
我们推导出一个线性热力学理论的一般马尔可夫动力学的稳态和时间周期驱动。根据平衡态概率分布和驱动力，得到了机械功、化学功、热产生和熵产生等热力学量的表达式。熵产生是热力学力和相关通量的双线性函数。我们推导出明确的Onsager系数的公式，并用它们来验证Onsager-Casimir互惠关系。我们的结果说明了一个周期性驱动的量子点与两个电子库和优化协议进行了讨论。
2019-06-25 cond-mat.stat-mech
Thermally isolated Luttinger liquids with noisy Hamiltonians
研究了具有噪声Luttinger参数的量子相干热隔离Luttinger液体的动力学行为。为了表征一般噪声驱动系统中吸收能量的波动，我们首先确定了两种类型的能量矩，这可以帮助区分经典（样本到样本）和量子波动源的影响。一种类型的矩捕获了两个源引起的总波动，而另一种类型的矩仅捕获了经典源的影响。然后，我们表明，在Luttinger液体的情况下，这两种类型的时刻同意在热力学极限，表明经典源占主导地位。与平衡态热力学相反，在这种驱动系统中，能量的相对涨落不随系统大小而衰减。此外，我们还研究了等时关联函数偏离基态的情况，发现了一种简单的标度行为。
2013-05-02 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Linear stochastic thermodynamics for periodically driven systems
线性随机热力学理论是为与单个储层接触的周期性驱动系统而发展的。适当的热力学力和通量确定，从马尔可夫过程的熵产生。Onsager系数进行评估，Onsager-Casimir关系进行了验证，并给出了明确的表达式的扩展的傅立叶分量。结果示出了一个周期性调制的两电平系统，包括功率输出的优化。
2015-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Thermodynamic uncertainty relation in a tilted periodic potential under coarse graining
近年来，非平衡介观系统中的一些普遍关系得到了研究。特别地，热力学测不准关系（TUR）提供了电流累积量和熵产生之间的普遍内在联系。本文从粗粒化的观点出发，利用跃迁几率，给出了倾斜周期势中热涨落粒子流的TUR的一个简单推导。此外，我们还探讨了TUR的界随亲和力单调增加的条件。
2021-07-05 cond-mat.stat-mech
Information Conservation, Entropy Increase and the Statistical Irreversibility for an Isolated System
我们考虑了统计不可逆性及其与可逆动力学的相容性。详细分析了观测所起的作用。它使我们以前对热力学第二定律的证明更加清楚。在此基础上，强调了热力学第二定律的重要性和广泛适用性。提出了用信息守恒原理代替这一定律的新物理形式。另外，我们还解决了薛定谔猫悖论，证明了宇宙不会自发地走向所谓的热寂。
2009-02-05 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic performance of a periodically driven harmonic oscillator correlated with the baths
我们考虑一个谐振子在周期驱动下，耦合到两个不同温度的谐振子热浴。我们使用的热场变换与链映射，这使我们能够研究系统和浴的统一的演变时，出现在系统中的周期性稳定状态。我们的特点是这种周期性的稳定状态，我们表明，通过调整系统和浴参数，可以把这个系统从一个引擎的加速器，甚至加热器。研究系统和浴池的整体演化的可能性也使我们能够评估系统和浴池之间建立的稳定相关性，以及浴池之间增长的相关性。
2021-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Process of equilibration in many-body isolated systems: Diagonal versus thermodynamic entropy
最近发现，由有限个粒子组成的孤立量子系统的猝灭动力学的特征是波包在多体希尔伯特空间中的指数扩展。当粒子间相互作用足够强时，就会发生这种情况，从而导致在未微扰基础上考虑的多体本征态的混沌结构。这里使用的半分析方法，允许一个估计的指数增长率以及弛豫时间，之后的平衡（热化）出现。描述该过程的关键成分参数是由初始激发态、粒子数和相互作用强度定义的局域态密度（LDoS）的宽度$Γ$。在本文中，我们表明，除了$Γ$作为生存概率的衰减率的意义，LDOS的宽度是直接相关的对角熵和后者可以连接到一个系统的热力学熵的平衡态后出现的完全放松。有关两个熵的解析表达式推导出唯象和数值证实的随机两体相互作用的玻色子模型，以及在一个确定性的模型，成为完全可积的连续极限。
2020-03-20 cond-mat.stat-mech nlin.CD quant-ph
Thermodynamics of a one-dimensional self-gravitating gas with periodic boundary conditions
本文研究了在均匀质量背景下，具有一维引力相互作用的一维气体的热力学性质。周期性的边界条件被实现为修改的潜力组成的总和镜像（埃瓦尔德和），正则化的指数截止。该体系在临界温度存在相变。高于临界温度，气体密度是均匀的，而低于临界点，系统变得不均匀。对该模型的数值模拟证实了相变的存在，并与理论结果相吻合。
2016-06-29 cond-mat.stat-mech
On entropy in eulerian thermodynamics
对于热力学的学生来说，最难的学科是熵。在本文中，我们研究实际的，实际的应用熵的两个简单的系统，均质板与固定的边界值的温度，和一个孤立的大气中存在的静态引力场。第一个给出了有价值的洞察熵的性质，随后适用于第二个系统。热力学的一个基本原则是，一个扩展的、均匀的和孤立系的平衡的特征在于均匀的温度分布，并且人们强烈地认为，在存在重力的情况下，这仍然是正确的。我们发现，这是一致的扩展热力学方程，但熵进入一个重要的方式。等效原则呈现出一个新的面貌。
2011-06-12 cond-mat.stat-mech
Failure of the geometric approach prediction of excess work scaling for open and isolated quantum systems
寻找最佳的协议，最大限度地减少能源成本的热力学过程的长而有限的持续时间$τ$的任务是一个紧迫的。我们在这里接近这个问题在一个严格的和系统的方式通过封闭的哈密顿量子系统的绝热微扰理论。我们的主要发现是一个$1/τ^2$标度的大$τ$在带隙系统的多余的工作。这一结果与$1/τ$对几何优化方法的预测不一致，后者是基于开放系统接近正则平衡的缓慢演化。相比之下，我们的方法不会导致一个明显的几何解释。此外，由于热力学功不依赖于一个孤立的量子系统如何被分裂成一个感兴趣的系统及其环境，我们的结果意味着即使对于开放系统，几何方法预测也是失败的。此外，我们提供了替代的优化程序，无论是缓慢变化的过程所描述的绝热微扰理论和弱变化的过程所描述的线性响应理论。我们的研究结果是基准和确认通过应用程序驱动的横向场伊辛链。
2022-11-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Uniform Matrix Product State in the Thermodynamic Limit
在热力学极限下，研究了经典自旋链和量子自旋链的统一矩阵乘积态的变分态。通过对平移对称性的仔细处理，在计算期望值时定义的转移矩阵的本征值可以反映基态的周期性，并指示矩阵乘积态的最佳周期性。讨论了磁化曲线的周期性与精度的关系。这种方法是免费的误差，由于有限的系统尺寸，这是工作得很好，特别是对磁高原问题。
2010-11-02 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Periodically driven thermodynamic systems under vanishingly small viscous drives
本文提出基于奇异摄动与Floquet理论的方法，解决了极小粘性驱动下周期性热力学系统振荡态难以求解的问题，并发现两类可用于冷却和触发化学反应的分布。
2024-02-26 cond-mat.stat-mech
Emergence of equilibrium thermodynamic properties in quantum pure states. I. Theory
量子统计力学的基础研究最近进入了一个复兴时期，由于新的直觉从量子信息理论和越来越多的关注单量子系统的动力学方面。本文介绍了一个简单而有效的理论框架，用以阐明孤立量子系统的平衡态的纯力学描述和热力学表征之间的联系。我们的方法的一个显着特点是在孤立的量子系统的描述中的统计方面和动力学方面之间的非常透明的区别。像在经典的统计力学，任何属性的平衡分布的基础上确定的时间演化的考虑系统。因此，由于薛定谔动力学中运动常数丰富，量子系统的平衡性质似乎取决于初态的细节。另一方面，在纯态的统计系综中，对某些函数（如熵或子系统的平衡态）的概率分布的研究揭示了典型性作为宏观热力学和微观量子动力学之间桥梁的关键作用。我们将考虑两个特殊的系综：随机纯态系综和固定期望能量系综。介绍系综之间的关系，一个给定的孤立系的属性，和标准的量子统计描述讨论整个演示文稿。最后指出了为了得到孤立量子系统的有意义的物理表征，系综所应满足的条件。
2010-07-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
About Standpoints for Surmounting Reversibility and Recurrence Paradoxes in Theoretical Thermodynamics
可逆性和递归性佯谬是19世纪以来热力学基础研究中一直未能解决的关键问题。本文表明：（1）如果我们注意观测量，可逆性佯谬是可以克服的，观测量代表了可逆性特征在不可观测区域运动的净结果;（2）如果我们从内部观察一个孤立系，其中没有离散能级的系统，递归佯谬是可以克服的。这些论证证实了所报道的结论的正确性，即孤立系中熵增加的起源是微观粒子自发地扩散到每一个可能的空间区域的基本性质。
2021-07-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics and stability of non-equilibrium steady states in open systems
热力学参数在构造物理激励的李雅普诺夫泛函中是有用的，用于空间均质平衡定态的非线性稳定性分析，其中空间均质平衡定态是孤立的孤立系。不幸的是，限制为物理上的孤立系是必要的，标准的论点是不适用的，甚至对一些非常简单的物理上的开放系统。另一方面，非线性开放系统的非线性稳定性研究通常使用所谓的能量方法。不幸的是，“能量法”的名称显然是用词不当。传统上被称为“能量”的数学量与物理意义上的能量毫无联系。因此，真正的拓扑概念在拓扑开放系统的非线性稳定性分析中似乎没有用处。我们证明这是不正确的。特别是，我们提出了一个建设，在简单的热传导问题的情况下，导致一个物理上动机良好的李雅普诺夫功能，有效地取代人工李雅普诺夫功能中使用的标准能量方法。所提出的结构似乎是一般的，足以应用于复杂的热机械设置。
2017-12-10 cond-mat.stat-mech
Emergence of a second law of thermodynamics in isolated quantum systems
该研究针对孤立量子系统中薛定谔方程保熵与热力学第二定律熵增的矛盾，通过推导可观测量平衡新边界、定义相对可观测量的熵，得到第二定律的变体，并用量子伊辛模型数值验证，支持平衡无需非可积性的结论。
2025-01-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic thermodynamics of periodically driven systems: Fluctuation theorem for currents and unification of two classes
周期驱动用于操作从标准宏观发动机到小型非平衡微观系统的机器。两类这样的系统是由周期性温度变化驱动的小型热机和由外部刺激驱动的分子泵。对于由固定热力学力驱动的系统的非平衡稳态是有效的，而不是外部周期驱动的众所周知的结果，已被推广到周期驱动的热机只是最近。这些结果包括一个一般的表达熵产生的电流和亲和力和对称关系的Onsager系数从线性响应理论。对于非平衡稳态，昂萨格互易关系可以从更一般的波动定理的电流。我们证明了一个波动定理的电流周期驱动系统。我们表明，这个波动定理意味着波动耗散关系，对称关系的Onsager系数和进一步的关系，非线性响应系数。本文中的设置比以前的研究更一般，即，我们的结果对热机和分子泵都是有效的。在我们的框架中，外部协议被假设为随机的，这导致了一个特别方便的方式来处理周期性驱动的系统。
2017-11-15 cond-mat.stat-mech
Non-Asymptotic Thermodynamic Ensembles
玻尔兹曼原理用于选择一个孤立或封闭的热力学系统的“最可能”实现（宏观态），包含少量粒子（$N \llsp \infty$），用于经典和量子统计。推断的概率分布提供了定义密集变量和构造热力学关系的小微正则系统，不满足热力学极限的手段。这对纳米科学和量子技术至关重要。
2009-04-07 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic Bounds on Coherent Transport in Periodically Driven Conductors
周期性驱动的相干导体为量子输运器件的发展提供了一个通用的平台。在这里，我们制定了一个全面的理论来描述这些系统的热力学。我们首先关注适度的热电偏置和低驱动频率。对于这种线性响应制度，我们建立了广义Onsager-Casimir关系和扩展的波动耗散定理。此外，我们推导出一个家庭的热力学界限证明，任何地方的物质或热流把一个非平凡的整体耗散率的相干传输过程的下限。这些界限不依赖于系统特定的参数，对失相是鲁棒的，只涉及实验可访问的数量。因此，他们提供了强大的工具，以优化介观器件的性能和热力学推断，我们证明了三个具体的应用。然后，我们表明，我们的边界物理透明的扩展也持有强偏见和高频率。这些广义的界限意味着热力学的不确定性关系，充分考虑了量子效应和周期驱动。此外，它们导致了一个普遍的和可操作的熵产生的约束，可以很容易地用于热力学推理和设备工程远离平衡。连接各种各样的主题，范围从热力学几何热力学不确定性关系到量子工程，我们的工作提供了一个统一的热力学理论的相干传输，可以测试和利用当前的技术。
2021-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
A generalization of the thermodynamic uncertainty relation to periodically driven systems
热力学不确定性关系表达了精度和熵产生之间的普遍权衡，其在其原始公式中适用于稳态系统中的当前可观测量。我们将这种关系推广到周期性的时间依赖系统，并且相关地，推广到更大的一类固有的时间依赖的电流可观测量。在热机或分子机器的情况下，我们的推广不仅适用于由恒定驱动力所作的功，而且适用于在改变能级时所作的功。进入广义不确定性关系的熵项是局部熵产生率的总和，这些熵产生率由一个指有效的与时间无关的概率分布的因子进行修改。的热力学不确定性关系的常规形式恢复的时间独立驱动的稳态，此外，在快速驾驶的限制。我们说明了我们的结果为一个简单的模型的热机与两个能级。
2018-12-05 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of a Periodically Driven Qubit
我们的目标是给出一个教学演示的开放系统动力学的周期性驱动的量子位接触的温度浴。我们对量子位的热力学特别感兴趣。众所周知，通过将马尔可夫近似与Floquet理论相结合，可以导出量子比特状态的$\mathbb{C}^2$中的随机薛定谔方程。我们在这里遵循不同的方法。我们利用Floquet理论将时间非自治的量子比特动力学嵌入到时间自治的无限维动力学中。我们将由此产生的无限维系统称为修饰量子比特。利用马尔可夫近似，我们导出了修饰量子比特的随机薛定谔方程。我们的方法的优点是跳跃算子是哈密顿算子的阶梯算子。这简化了热力学的公式。我们利用无穷维系统的热力学来恢复受驱动量子比特的热力学描述。我们比较我们的结果与现有的文献和恢复已知的结果。
2017-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics Far from Equilibrium: from Glasses to Black Holes
讨论了玻璃非平衡热力学的框架。它还解释了与物质隔离的黑洞的非平衡热力学。第一和第二定律的黑色动力学和黑洞热力学是一致的，而第三定律处理不同的问题。
2001-03-02 astro-ph cond-mat.stat-mech gr-qc
Harvesting energy from a periodic heat bath
本文的背景是随机热力学-一种方法，以非平衡热力学扎根在更广泛的框架内的随机控制。在对比的经典范式的卡诺发动机，我们在这里建议考虑热力学过程与周期性连续变化的温度的热浴和研究问题的最大功率和效率为两个理想化的情况下，过阻尼（一阶）和欠阻尼（二阶）随机模型。我们突出的最优周期控制的属性，推导和数值验证近似公式的最佳性能（功率和效率）。
2021-01-06 cond-mat.stat-mech cs.SY eess.SY
Nonequilibrium Entropy
我们考虑一个孤立系在任意状态，并提供了一个一般的配方使用第一原理的添加剂和非负的统计量，重现平衡热力学熵的孤立系。我们进一步表明，统计量代表非平衡态热力学熵时，后者是一个非平衡态变量的态函数，见正文。我们考虑一个孤立的1-D理想气体，并确定其非平衡统计熵作为一个功能的盒子大小的气体自由膨胀等能，并比较它与平衡热力学熵S_{0eq}。我们发现，统计熵小于S_{0eq}按照第二定律，如预期的那样。为了理解统计熵与经典连续介质模型的热力学熵（已知在某些条件下为负）的区别，我们计算了一维晶格模型的统计熵，发现它可以通过使晶格间距δ趋于零而与连续介质一维Tonks气体的热力学熵相关，但前提是后者与状态无关。我们讨论了我们的熵的半经典近似，并表明，标准量S_{f}（t）在玻尔兹曼的H-定理不直接对应于统计熵。
2013-04-17 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Linear nonequilibrium thermodynamics of reversible periodic processes and chemical oscillations
昂萨格的唯象方程成功地描述了不可逆热力学过程。他们假设一个对称的热力学通量和力之间的耦合矩阵。很容易证明，耦合矩阵的反对称部分对耗散没有贡献。因此，即使存在反对称项，熵产生也完全由对称矩阵控制。在这项工作中，我们专注于反对称的贡献，描述等熵振荡和定义良好的运动方程。形式主义包含变量是等效的动量，和系数是类似的惯性质量。我们应用这种形式主义的简单问题，如振荡活塞和振荡的LC电路。我们表明，等熵振荡是可能的，甚至接近平衡的线性极限，并不需要远离平衡的情况。人们可以将这种形式主义扩展到其他变量对，包括具有振荡的化学系统。在等熵热力学系统中，包括温度在内的所有广泛和密集的变量都可以显示出类似于绝热波的振荡。
2017-06-12 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Dissipation in Periodically Driven Quantum Systems: Partial Secularization and Thermodynamic Consistency
IFISC（物理交叉科学研究所）
针对周期驱动开放量子系统的 Floquet-Born-Markov 主方程因完全 secular 近似产生非物理能流的问题，提出粗粒化主方程方法，通过与精确非 Markovian 模拟对比验证其有效性，为相关研究提供实用框架。
2026-08-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Non-equilibrium Thermodynamics: Structural Relaxation, Fictive temperature and Tool-Narayanaswamy phenomenology in Glasses
本文从热力学第二定律应用于被极大介质包围的孤立系出发，给出了该系统处于非平衡态时的一般非平衡态热力学描述。然后，我们将其应用于研究玻璃中的结构弛豫，并在更坚实的理论基础上建立虚拟温度和经验工具Narayanaswamy方程概念背后的唯象学。
2009-09-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Periodic thermodynamics of the parametrically driven harmonic oscillator
我们确定了耦合到热浴中的参数驱动谐振子的Floquet态占据几率的准定态分布。由于该系统表现出细致平衡，其准能的典型代表是等距的，这些概率由几何玻尔兹曼分布给出，但其准温度不同于浴的实际温度，受到后者的谱密度的函数形式的影响。我们提供了两个准热工程的例子，即，故意操纵的准平稳分布通过适当的设计的谱密度：我们表明，驱动系统可以有效地比未驱动的冷，并表明，准热不稳定性，甚至可以发生时，系统是机械稳定的。
2019-11-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Periodic Thermodynamics of Open Quantum Systems
发展了耦合到周期性调制热浴和工作库的量子系统的热力学。通过确定亲和力和通量，第一和第二定律制定一致。在线性响应状态下，熵产生在亲和力中变成二次形式。专门Lindblad动力学，我们确定了相应的动力学系数的未扰动动力学的关联函数。互易关系是从关于时间反演的对称性中得出的。动力学系数可以分为经典的和量子的贡献受到一个新的约束，这是从一个自然的细致平衡条件。这个约束意味着量子热机的效率和功率的普遍界限。特别是，我们表明，卡诺效率不能达到时，量子相干性的影响，即，当用于功提取的哈密尔顿算子与裸系统哈密尔顿算子不对易时。为了说明，我们专门我们的通用结果，以驱动两个层次的系统与正弦调制温度的热浴接触。
2016-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Periodically-driven quantum thermal machines from warming up to limit cycle
量子热机（PD-QTM）的理论处理主要集中在以系统的周期性状态为特征的极限环操作阶段。然而，这一制度并不能立即得到实验验证。在这里，我们提出了一个一般的热力学框架，可以处理性能的PD-QTM之前和期间的极限循环阶段的操作。它是通过观察周期性可能会打破在合奏平均水平，甚至在极限环阶段。有了这个观察，并使用传统的热力学表达式的工作和热量，我们发现，一个完整的描述热力学热力学第一定律的PD-QTM需要一个新的贡献，这只消失在极限环阶段下相当弱的系统浴耦合。值得注意的是，这种贡献是相当大的强耦合，甚至在极限环，从而在很大程度上影响的热力学效率的行为。我们证明了我们的框架，通过模拟量子奥托引擎的驱动共振能级模型的建设。我们的研究结果提供了新的见解，对一个完整的描述PD-QTM，从打开到极限环阶段，特别是揭示了量子热力学的发展在强耦合。
2021-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Coherent Transport in Periodically Driven Mesoscopic Conductors: From Scattering Matrices to Quantum Thermodynamics
散射理论是描述介观系统中输运现象的标准工具。在这里，我们提供了一个详细的推导这种方法的纳米尺度的导体，由振荡的电场或磁场驱动。我们的方法是基于传统的Lippmann-Schwinger形式主义与周期性的时间依赖的哈密顿系统的扩展。作为一个关键的结果，我们得到了一个系统的扰动计划的Floquet散射振幅，描述了通过一个周期性驱动的样品的运输载流子的过渡。在一个一般的多终端设置，我们推导出微观表达式的平均值和时间积分关联函数，或零频率噪声，物质和能量流，从而统一了早期的研究结果。我们表明，这个框架是内在一致的热力学第一和第二定律，并证明了熵产生的平均速率消失，只有当系统中的所有电流为零。作为一个应用，我们推导出一个广义的格林-久保关系，这使得它可以表达任何平均电流的响应，以适当选择的电流之间的时间积分关联函数的温度和化学电势梯度的微小变化。最后，我们讨论了未来的研究和进一步达到应用的Floquet散射方法的量子输运在随机和量子热力学的潜在课题。
2020-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Theory of Entropy Production in Quantum Many-Body Systems
我们定义熵算子为密度矩阵的对数的负数，给出了提取其可测部分的一个公式，并讨论了其动力学性质。对于孤立系，我们导出热力学第一、第二和第三热力学定律。对于孤立系的弱耦合子系统，导出了熵算子的可测部分的变化率的期望值的长时间极限的表达式，并用熵产生和熵输运项加以解释.的解释是合理的比较，在一个古老的经典马尔可夫系统的熵产生的高斯波动和计算的电流诱导的熵产生的导体与电子-声子散射的已知表达式。
2016-06-14 cond-mat.stat-mech
Lagrange equations coupled to a thermal equation: mechanics as consequence of thermodynamics
根据Stueckelberg发展的热力学分析方法，研究了流体中由点粒子组成的封闭热力学系统的演化方程。我们得到一个系统的耦合微分方程描述的机械和热演化的系统。这些发展方程之间的耦合是由于粘性摩擦项的作用。最后，我们应用我们的耦合演化方程研究了孤立系的热力学，该系统由通过谐振势相互作用的全同点粒子组成。
2011-02-16 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Statistical mechanical theory of an oscillating isolated system. The relaxation to equilibrium
本文证明了N体孤立系的适当定义的非平衡熵一般不是运动的常数，它的变化是有界的，这个界由热力学熵决定，即，平衡熵我们将非平衡熵定义为n粒子约化分布函数（n=0，.......，N）推广了吉布斯细粒度熵公式。此外，作为我们的微观分析的结果，我们发现，这种非平衡熵的行为作为一个自由熵振荡器。在接近平衡制度，我们发现松弛方程的福克-普朗克型，特别是单粒子分布函数。
2007-10-02 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of Micro- and Nano-Systems Driven by Periodic Temperature Variations
我们介绍了一个一般的框架，用于分析小系统的热力学，驱动的周期性温度变化和一些外部参数调制他们的能量。这种设置尤其包括周期性的微型和纳米热机。在第一步中，我们展示了如何通过正确识别与时间无关的亲和力和电流来表达总熵产生，而无需进行线性响应假设。在线性响应中，可以识别类似于Onsager系数的动力学系数。专门的福克-普朗克型动力学，我们表明，这些系数可以表示为绝热贡献和一个让人想起的格林-久保表达式，包含从绝热偏差的总和。此外，我们还证明了广义动力学系数满足追溯到微观可逆性的Onsager-Casimir型对称性。如果驱动协议在时间反演下不对称，则这种对称性允许不相同的非对角系数。然后，我们推导出一种新的约束动力学系数，这是尖锐的比第二定律，并提供了一个效率依赖的约束功率。作为一个结果，我们可以证明，当接近卡诺效率时，功率至少线性地消失。我们说明了我们的一般框架，明确制定了一个典型的情况下，布朗热机实现的胶体粒子在一个依赖于时间的谐波陷阱受到周期性的温度分布。这个案例研究表明，除其他外，我们的新的一般约束的权力是渐近紧。
2015-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Resolving the Debate Between Boltzmann and Gibbs Entropy: Relative Energy Window Eliminates Thermodynamic Inconsistencies and Allows Negative Absolute Temperatures
针对小系统微正则系综中玻尔兹曼熵与吉布斯熵的争论，提出基于相对能量窗口的新熵定义，消除热力学不一致性，允许负绝对温度，并准确匹配正则系综预测。
2024-08-12 cond-mat.stat-mech
Theory of Non-equilibrium Asymptotic State Thermodynamics: Interacting Ehrenfest Urn Ring as an Example
本文提出涵盖平衡态、NESS、NEPS、NEQPS 和 NECS 的非平衡渐近态热力学框架，并以相互作用 Ehrenfest 瓮环模型演示三瓮情形下的态识别及 NEPS 相变。
2023-12-08 cond-mat.stat-mech
Temperature Beyond Equilibrium in Isolated Quantum Many-Body Systems and Their Subsystems
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
研究孤立量子多体系统及其子系统非平衡态温度，提出温度在正则态族中定位状态的定义，给出非平衡态自然温度定义，逆温度非熵对能量导数，最大熵原理被最小判别信息原理取代，还为子系统发展理论。
2026-10-21 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Quasi-Periodically Driven Quantum Ising Chains
理解孤立量子系统在幺正动力学下的平衡是一个有趣的话题。在本文中，我们期待在早期的时间行为的周期性和准周期性驱动的横向场伊辛链时，和他们相应的动力学自由能。我们研究了不同频率下的系统，并观察系统如何随着两种类型的振荡中的场振幅的变化而演变。
2022-09-13 cond-mat.stat-mech hep-lat hep-th
Periodic thermodynamics of a two spin Rabi model
我们考虑两个$s=1/2$自旋与海森堡耦合和单色，圆极化磁场只作用于两个自旋之一。这个系统被证明是解析可解的。此外，在一个周期内的驱动力所做的功的统计分布可以得到封闭的形式和Jarzynski方程可以检查。这项工作的平均值，被视为物理参数的函数，表现出的功能，可以与某种拉比振荡。此外，当耦合到热浴时，两个自旋系统将接近可以在黄金法则近似中计算的非平衡稳态（NESS）。NESS的占有概率被证明不是玻尔兹曼型的，除了一个无限准温度的单相。双自旋Rabi模型的参数空间可以被分解为八个相域，使得NESS几率在相边界处具有不连续的导数。后一种属性也适用于更一般的周期性驱动的$N$级系统。
2020-02-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic transition associated with irregularly ordered ground states in a lattice gas model
提出了一个二维格子气模型。这个具有固定密度的模型的基态既不是周期的也不是准周期的。它还以不规则的方式取决于系统大小。另一方面，它是有序的意义上的熵密度是零的热力学极限。从热力学函数的对偶关系出发，证明了与这种不规则有序的基态有关的热力学跃迁的存在。这一猜想得到了唯象论证和数值实验的支持。
2010-11-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Thermodynamic consistency and fast dynamics in phase field crystal modeling
本文提出了一种通用的公式来导出运动方程，并同时证明了几类相场模型的热力学一致性。它适用于具有守恒相场的模型，描述均匀或周期性稳定状态，并包含慢和快的热力学变量。该方法是基于熵泛函形式主义先前开发的背景下相场模型的均匀状态[P. Galenko和D。Jou，Phys. Rev. E { \bf 71}，046125（2005）]，并且因此允许将后者的若干性质扩展到周期性状态的相场模型（相场晶体模型）。特别是，它允许演示的概念，热力学的一致性相场晶体模型与快速动态。
2011-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Berry-Phase-Induced Chirality in Thermodynamics
Zhejiang Key Laboratory of Quantum State Control and Optical Field Manipulation, Department of Physics, Zhejiang Sci-Tech University（浙江理工大学物理系量子态控制与光场调控浙江省重点实验室）；School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；Key Laboratory of Multiscale Spin Physics (Ministry of Education), Beijing Normal University（北京师范大学多尺度自旋物理教育部重点实验室）
研究通过耗散绝热扰动展开，揭示了Berry相诱导的非平衡手性工作差，阐明了量子几何在热力学几何表述中的作用。
2026-05-13 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Time crystals in periodically driven systems
当孤立的、周期性驱动的系统的离散时间平移对称性自发破缺时，物质的新相就可以出现。我们回顾了时间晶体有序的理论基础和实验实现的一些最新进展。特别注意的是放在描绘的时间晶体，这使他们从其他振荡非平衡现象的关键特征。
2018-11-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
A unifying picture of generalized thermodynamic uncertainty relations
热力学不确定性关系是一种通用的权衡关系，它将电流的精度与大时间的平均耗散联系起来。对于连续时间马尔可夫链（也称为马尔可夫跳过程），这个关系在时间齐次的情况下是有效的，而在时间周期的情况下是无效的。后者是相关的几个小的热力学系统的研究。在这里，我们考虑一个时间周期马尔可夫链连续时间和广泛的一类泛函的随机轨迹，这是一般的线性组合的经验流量和经验密度。受我们以前工作[1]中所做分析的启发，我们提供了获得大偏差的局部二次界的一般方法，这导致了扩散系数与平方平均值之比的普遍下界，与经验泛函无关。这些界限被称为“广义热力学不确定性关系”（GTUR），是广义版本的热力学不确定性关系的时间周期的情况下，泛函比电流更一般。以前，在时间周期情况下的GTUR已经在[1，27，42]中获得。在这里，我们恢复了[1，27]中的GTUR，并产生了新的GTUR，从而得到了更强的边界，并为时间齐次系统建立了新的权衡关系。此外，我们推广到任意协议的GTUR在[42]中获得的时间对称协议。我们还将文[19]中得到的动力学活动的GTUR推广到时间周期情形，并给出了一个新的GTUR，它在时间齐次情形下比文[19]中的GTUR更强。统一的图片完成了不同的GTUR之间的全面比较。
2018-10-28 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Physical insight into the thermodynamic uncertainty relation using Brownian motion in tilted periodic potentials
使用布朗运动的周期性势$V(x)$倾斜的力$f$，我们提供了物理洞察热力学不确定性关系，最近提出的统计误差和不可逆的非平衡稳态热耗散的原则。根据该关系式，耗散过程产生的非平衡输出必然引起能量成本或热耗散$q$，并且为了将输出波动限制在相对不确定性$ε$内，至少必须耗散$2k_BT/ε^2$的热。我们的模型表明，这个绑定不仅在接近平衡（$f\ll V'(x)$），但也在远离平衡$(f\gg V'(x))$，更一般地说，当耗散的热量是正态分布。在临界力附近，当势阱之间的势垒即将消失时，能量消耗最大，布朗粒子的涨落最大。这些结果表明，热分布偏离高斯性导致了不确定关系的不等式，进一步阐明了不确定关系的含义。我们的不确定性关系的推导也认识到一个新的约束的非平衡波动的方差耗散热（$σ_q^2$）增加其平均值（$μ_q$），不能小于$2k_BTμ_q$。
2017-07-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Obtaining efficient thermal engines from interacting Brownian particles under time dependent periodic drivings
我们介绍了一种替代路线，获得可靠的循环发动机，根据时间周期驱动下的相互作用布朗粒子。利用随机热力学的框架，得到了功率和热量等热力学通量的一般表达式。优化发动机性能的几个协议被认为是，通过查看系统参数，如输出力和它们的相位差。我们研究功-功和热-功发动机。我们的研究结果表明，精心设计的粒子之间的相互作用可以导致更有效的发动机。
2021-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the difference between thermalization in open and isolated quantum systems: a case study
Indian Institute of Technology, Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）；University of Pavia（帕维亚大学）；University of Exeter（埃克塞特大学）；Potsdam University（波茨坦大学）；Memorial University of Newfoundland（纽芬兰纪念大学）
该研究通过双量子点模型探讨孤立和开放量子系统热化的区别，揭示两者在时间和尺度上的不同表现。
2025-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
