What role does the third law of thermodynamics play in Szilard engines?
热力学第三定律在Szilard发动机中的作用已得到解决。如果基态是非简并的，则定义为从发动机提取的功除以温度的熵产生由于第三定律而随着温度接近零而消失。由对称性或偶然性引起的简并基态在零温下产生非零熵产生，并伴随有剩余熵。各种物理情况下，如SZE玻色子或费米子组成的相互作用或没有已被调查。
2011-12-14 quant-ph
Szilard Engines as Quantum Thermodynamical Systems
我们分析了一个发动机的工作流体由一个单一的量子粒子，并行西拉德的建设一个经典的单粒子发动机。在他使用后者解决麦克斯韦第二定律悖论之后，量子引擎的设计反映了经典的混沌Szilard Map，它操作测量，热能提取和内存重置的热力学循环。聚焦于观察和控制粒子的热力学成本，并在量子和经典极限中比较这些成本，我们详细介绍了量子和经典制度中信息处理引起的热力学耗散的朗道原理背后的热力学权衡。特别是，发现与经典发动机，我们表明，在一个周期的热力学成本的总和服从广义朗道原理，精确平衡从热浴中提取的能量。因此，量子引擎遵守第二定律。然而，量子引擎是通过完全不同的机制来实现的：经典的测量和擦除决定了热力学，而在量子实现中，分区插入的成本是关键。
2022-12-06 cond-mat.stat-mech nlin.CD quant-ph
Measurement and Particle Statistics in the Szilard Engine
Szilard发动机是一种假设的设备，它能够通过测量发动机内颗粒的位置从单个热库中提取功。我们得出的工作量，可以从这样的设备中提取的低温限制。有趣的是，我们发现这项工作是由初始测量的信息增益，而不是由构成工作物质的粒子的数量和类型决定的。我们的工作提供了另一个明确的联系信息增益和提取的工作，在化学过程。
2012-03-02 quant-ph
Binding energies of composite boson clusters using the Szilard engine
我们评估的基础上的量子Szilard引擎，它赋予了一个充满活力的信息和熵的变化值的玻色子和费米子粒子的系统的结合能。我们扩展治疗的量子信息热力学操作的Szilard引擎，其非平凡的作用，在玻色-爱因斯坦凝聚的轻质量极化准粒子，结合大的多激子复合物，并注意到相同的数量级的交换和提取能量在这些不同的系统。我们研究了一个定义的信息电容能量的玻色子团簇的大小以及在复合玻色子系统中的约束效应的影响逐渐下降。量子信息熵变能部分解释极化激元凝聚的观测吗？我们提供的能量估计使用系统的极化激元凝聚体放置在一个假设的量子Szilard引擎，并简要讨论了纳入熵变化的重要性，在量子测量，并在实验结果的解释。
2013-10-05 quant-ph
Comment on "Quantum Szilard Engine"
在最近发表的一封信中[S。W.金，T. Sagawa，S. DeLiberato和M. Ueda，PRL 106，070401（2011）]，讨论了颗粒统计对Szilard发动机中可提取功的影响。我们指出，那里给出的表达式表明，如果使用两个以上的粒子，则在低温极限下不可能提取功，因此不是最佳的。我们认为，最佳的可提取的工作是在一般较高，特别是不减少颗粒的数量。
2013-09-17 quant-ph
Composite Particles and the Szilard Engine
Szilard引擎是最简单的引擎，只由盒子中的一个或多个粒子组成。然后将盒子浸入热浴中，并由墙分隔成两部分。众所周知，在低温极限下，人们可以从基本玻色子中提取比从基本费米子中提取更多的功。在本文中，我们考虑的工作量，可以提取出一个系统的复合粒子-粒子是由两个相互作用的基本费米子的不同物种。我们证明，提取的工作量与复合粒子内的纠缠量密切相关
2013-08-07 quant-ph
Quantum Szilard Engine
西拉德发动机是麦克斯韦恶魔的精髓，它可以利用信息从热浴中提取功。我们提出了第一个完整的量子分析的SZE，并推导出一个解析表达式的量子SZE包含一个任意数量的分子，其中它是至关重要的插入或删除的壁作为一个合法的热力学过程的过程中进行的量子力学工作。我们发现，更多（更少）的工作，可以提取玻色子（费米）的SZE由于全同粒子的不可分割性。
2011-01-08 quant-ph
A quantum Szilard engine without heat from a thermal reservoir
我们研究了一个量子Szilard引擎，它不是由从热库中提取的热量驱动，而是由投影测量驱动。该发动机由系统$\mathcal{S}$、配重$\mathcal{W}$和Maxwell demon $\mathcal{D}$构成，并且经由测量辅助反馈控制提取功。通过对测量和反馈过程施加自然约束，如能量守恒和保持恶魔的记忆完整，我们表明，虽然发动机可以在没有来自热库的热量的情况下工作，但它必须放弃标准Szilard发动机所满足的以下特征中的至少一个：（i）测量的可重复性;（ii）不变的权重熵;或（iii）所有测量结果的积极工作提取。这一结果被证明是一个后果的维格纳荒木柳濑（WAY）定理，它施加限制的可观测量，可以测量下添加剂守恒律。这一观察结果是发展“第二定律”关系的测量辅助反馈控制超越热的第一步。
2017-11-16 quant-ph
Eliminating Ensembles from Equilibrium Statistical Physics: Maxwell's Demon, Szilard's Engine, and Thermodynamics via Entanglement
一个处于平衡状态的系统不会进化--时间独立性是它的明显特征。然而，在牛顿物理学中，单个系统的微观状态（相空间中的一个点）根据其运动方程不断演化。系综在十九世纪被引入，以弥合牛顿动力学中相空间点的连续运动和热力学的静态之间的鸿沟：虽然单个经典系统的状态不可避免地演变，但这些状态的相空间分布-系综-可以是时间无关的。我表明纠缠（例如，与环境）可以在单个量子系统中产生与时间无关的平衡。这使得人们可以消除合奏-一个尴尬的策略引入调和热力学与牛顿力学-和使用一个单独的系统相互作用，因此纠缠与它的热浴来代表平衡，并阐明信息和测量在物理学中的作用。因此，在我们的量子宇宙中，人们可以在没有合奏的情况下实践统计物理学-因此，在某种意义上，没有统计学。消除系综使用的想法，导致最近的推导玻恩规则从纠缠的对称性，我开始审查的推导。然后，我回顾和讨论的困难有关的依赖合奏和说明合奏的需要与经典的西拉德的引擎。一个类似的量子引擎--一个与热浴环境相互作用的单一系统--足以建立热力学。麦克斯韦的恶魔的作用（这在这个量子的背景下类似于维格纳的朋友）也进行了讨论。
2018-06-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Finite-Time Optimization of Quantum Szilard heat engine
Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生学院）；Department of Physics, Peking University（北京大学物理学院）；Department of Physics, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）
本文提出了一种有限时间量子齐拉德热机，利用具有自旋的量子粒子作为工作物质，通过引入麦克斯韦妖探测自旋状态，在有限时间内捕捉粒子的哪边信息，从而提高信息热机的效率。研究发现，量子热机的效率受理想测量度的限制，并且其功率在短时间范围内与测量时间的三次方成正比，在长时间范围内与测量时间的负一次方成正比。
2023-03-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Revisiting the quantum Szilard engine with fully quantum considerations
通过考虑插入过程中的能级移动，我们重新审视了量子Szilard引擎（QSZE）与充分的量子考虑。在两种不同的循环策略下，导出了系统在一个循环中从热浴中吸收的热量和系统对环境作的总功的一般表达式。我们发现只有量子信息对吸收的热量有贡献，而经典信息起着反馈控制器的作用，对吸收的热量没有直接的影响。这是第一次证明量子信息和经典信息在从QSZE中的浴中提取热量时的不同效果。此外，当阱宽$L\rightarrow \infty $或浴温度$T\rightarrow \infty $时，QSZE减小到经典的Szilard发动机（CSZE），并且总功满足Sang Wook Kim等人[Phys.Rev.Lett.1999]获得的关系式$W_{\mathtt{tot}}=k_{B}T \mathtt{ln}2$。106，070401（2011）]。
2012-08-30 quant-ph
Thermodynamic Value of XOR-Game-Induced Side Information in a Szilard Engine
International Centre for Theory of Quantum Technologies, University of Gdańsk（格但斯克大学量子理论国际中心）
本文引入一种塞拉尔型热力学估值方法，通过将贝尔型关联诱导的边信息通道建模为二元对称通道，并利用XOR博弈获胜概率确定反馈价值，从而给出局域、量子和非信号行为集对应的热力学上限。
2026-09-09 quant-ph
Supremacy of the quantum many-body Szilard engine with attractive bosons
在一个经典的思想实验中，西拉德提出了一个热机，其中一个粒子，例如一个原子或一个分子，被限制在一个容器中，与一个单独的热浴相连。该容器可以通过用作活塞的可移动壁分成两个部分。在发动机的单个循环中，可以从颗粒位于活塞的哪一侧的信息中提取功。输出的功符合朗道原理，即擦除一位信息的代价是熵kB ln 2，说明了功、热和信息之间的基本关系。在这里，我们将Szilard引擎的概念应用于完全相互作用的量子多体系统。我们发现，一个工作介质的一些玻色子（大于或等于两个）有吸引力的相互作用显然优于其他先前讨论的设置。与经典情况形成鲜明对比的是，我们发现平均功输出随粒子数的增加而增加。最高的过冲发生在一个小的但有限的温度下，显示了热效应和量子效应之间复杂的相互作用。我们预计，我们的发现将为信息在控制深量子机制中的热力学波动方面的作用提供新的线索，这些机制受到相互作用系统中量子相关性的强烈影响。
2017-01-27 quant-ph
Bosonic Szilard Engine Assisted by Feshbach Resonances
最近发现，量子Szilard引擎中的信息-功转换可以通过使用具有吸引相互作用的玻色子工作介质来增加。在最初的方案中，功输出取决于一个不可穿透的屏障的插入和移除位置，该屏障的作用类似于活塞，将发动机的腔室分开。在这里，我们表明，势垒去除过程可以完全可逆的，导致在一个完整的信息到工作的转换，如果我们也允许在循环过程中的相互作用强度的变化。因此，可以达到热力学第二定律规定的每个循环的最大功输出。例如，这些发现可以用超冷原子作为工作介质进行实验验证，其中相互作用强度的变化可以由费什巴赫共振控制。
2018-03-21 cond-mat.quant-gas quant-ph
The irreversibility cost of purifying Szilard's engine: Is it possible to perform erasure using the quantum homogenizer?
擦除是信息处理的基础。它也是连接信息论和热力学的关键，因为它是一个逻辑上不可逆的任务。我们提供了一个新的角度对这个连接，注意到可能有一个额外的成本擦除，这是没有捕获的标准结果，如兰道的原则。为了说明这一点，我们使用了一个基于构造者理论的不可逆性模型--构造者理论是最近提出的对计算的量子理论的推广。该模型使用了一种称为“量子均化器”的机器，它有能力近似实现量子比特从任何状态到任何其他状态的转换，并且通过整体完全幺正的相互作用保持近似不变。我们认为，当通过量子均匀化执行擦除时，执行Szilard引擎的擦除步骤会产生额外的成本，因为在一个周期中可靠地产生纯态比产生混合态更困难。我们还讨论了这一结果的影响，擦除成本更一般的条款。
2022-05-23 quant-ph
Two-level system hyperpolarization using a quantum Szilard engine
本研究针对超导量子电路受二能级系统环境影响相干性的问题，利用带主动反馈的量子西拉德引擎调控TLS环境的冷热，证实二者互为主要损耗机制，为提升量子比特寿命提供了思路。
2024-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Is Szilard Engine Really Broken?
Vardhaman College of Engineering（瓦尔达曼工程学院）
本研究针对近期对西拉德引擎运行的质疑，采用范德瓦尔斯表面能原理验证，发现该引擎在特定条件下可借助已确立的活塞正常运行，证实其可行性。
2026-08-06 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Quantum Szilard engines with arbitrary spin
量子西拉德引擎（QSZE）是一个概念性的量子引擎，用于理解量子热力学和信息物理的基础物理。我们将QSZE推广到任意自旋情况，即，a自旋准零自旋区（SQSZE），并在低温近似下系统地研究了费米子和玻色子SQSZE的基本物理性质。我们给出了总功的解析表达式。对于费米子SQSZE，可能从环境中吸收功，并且功随温度的变化率具有周期性和奇偶振荡，这是无自旋QSZE的推广。有趣的是，平均吸收功在大数极限下有规律地周期性振荡，这意味着费米子SQSZE中的平均吸收功既不是密集量，也不是广延量。费米子和玻色子SQSZE的相图都给出了SQSZE在系统的温度和粒子数参数空间中做正功或负功的情况，但由于费米子和玻色子的自旋度在它们的组态态和相应的统计性质中起着不同的作用，它们有不同的行为。相变的临界温度敏感地依赖于粒子数。利用Landauer的擦除原理，给出了热力学循环中的擦除功，并定义了一个效率（我们称之为信息-功效率）来衡量发动机利用信息提取功的能力。给出了费米子和玻色子SQSZEs的最大提取功和最高信息功效率的条件。
2015-02-02 quant-ph
Deep reinforcement learning for robust quantum optimization
基于人工神经网络的机器学习技术已经成功地应用于解决许多科学问题。机器学习中最有趣的领域之一，强化学习，对于物理学中的优化问题具有天然的适用性。在这项工作中，我们使用深度强化学习和Chopped Random Basis优化来解决基于在量子Szilard引擎中插入偏心屏障的优化问题。我们表明，使用设计的协议的时间依赖性的屏障强度，我们就能实现波函数的相等分裂（在屏障的任一侧找到粒子的概率为1/2），即使对于不对称的Szilard发动机，在测量粒子在哪一侧被发现时也不会丢失信息。绝热的Szilard发动机可以以与传统的Szilard发动机相同的效率操作，其中绝热地插入中央屏障。我们比较了这两种优化方法，并展示了强化学习在构建鲁棒和抗噪声协议方面的优势。
2019-04-09 physics.comp-ph quant-ph
Steering heat engines: a truly quantum Maxwell demon
我们解决的问题，验证量子热机。一个Szilárd引擎是真正的量子，如果它的工作输出不能被描述的本地隐藏状态（LHS）模型，即。e.一个客观的局部统计集合。量子在这种情况下，揭示了一个转向型的不平等，限制了经典的可提取的工作。量子麦克斯韦恶魔可以通过利用工作介质和热环境之间的量子相关性来违反这个不等式。虽然对于经典的西拉德引擎来说，对介质的客观描述总是存在的，但在真正的量子情况下，任何这样的描述都可以通过操纵任务来排除。
2019-11-26 quant-ph
Leveraging Machine Learning to Gain Insights on Quantum Thermodynamic Entropy
Techno Labs（Techno实验室）
该研究以单粒子量子热机为对象，结合机器学习分析其热力学成本与机制，对比量子和经典极限，揭示兰道尔原理的热力学权衡，模拟验证其符合热力学第二定律。
2026-08-06 cond-mat.stat-mech cs.CL cs.LG
Information is not a thermodynamic resource
所谓信息-热力学联系，是从麦克斯韦妖开始的一系列工作中产生的，由西拉德思想实验中的信息转化为功的思想建立起来的，然后发展成为一个广阔的研究领域。本文的目的是首先提出两个新的模型的Szilard发动机包含任意数量的分子，显示无关的获取信息的工作提取。其次，强调了遍历系统的熵定义与遍历破缺约束系统的熵定义之间的区别。简要讨论了非遍历系统作为信息载体的作用以及信息编码和处理的稳定性和准确性的热力学代价。
2018-01-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Spin Quantum Heat Engine Quantified by Quantum Steering
随着人们对量子信息科学的兴趣日益浓厚，通过探索微观量子系统将热机扩展到量子领域在过去十年中引起了人们的极大兴趣。虽然工作介质的量子系统中的量子相干性已被研究发挥了重要作用，但对量子热机内在的量子优势的完整理解仍然是难以捉摸的。我们的实验表明，工作介质和热浴之间的量子相关性是量子Szilard引擎的量子优势的关键，其中工作介质中的量子相干性自然被排除在外。通过量子操纵来量化非经典关联，我们揭示了当恶魔能够真正操纵工作介质时，热机是量子的。在工质上采取不同的取功方式得到的平均功可以用来验证真实的量子Szilard引擎。
2022-02-04 quant-ph
Fractional Quantum Heat Engine
在这项工作中，我们介绍了分数量子热机的概念。以空间分数量子Szilard热机为例，说明了空间分数量子热机比传统量子热机具有更高的效率.
2021-03-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Rapid optimal work extraction from a quantum-dot information engine
本文利用量子点西拉德引擎设计并实现从慢驱动到快驱动的优化协议，在跨越两个数量级的速度范围内实现最大效率，并揭示提升功率输出会伴随功率涨落增大的代价。
2025-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Implementation of a Quantum Engine Fuelled by Information
在这里，我们展示了由信息驱动的量子引擎的完整循环的实现。该引擎是Szilard引擎的量子版本，其中信息用于从环境中提取热量并将其完全转换为功。在我们的实验中，这项工作是用来使一个重量，最初在基态，达到其激发态。在循环的每个步骤之后，我们测量发动机的每个部件的能量和状态，并将它们与理论预测进行比较，以表明循环以高精度实现。我们还进行了实验，以表明发动机在热量提取后与环境隔离良好，并且我们测量了重量的熵，以显示热量完全转化为功。因此，我们成功地证明了信息可以用作单水库发动机的燃料。
2020-06-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Information and Entropy in Quantum Theory
我们看看某些思想实验的基础上的“延迟选择”和“量子擦除器”的干涉实验，这是一个互补的信息收集从量子测量和干涉效应。有人认为，这些实验表明，量子理论的玻姆解释是站不住脚的。我们证明，这些实验严重依赖于量子光学器件可以作为测量设备的假设，并表明，在这些实验的背景下，它不能以这种方式被一致地理解。相比之下，我们然后展示了如何在玻姆解释的“主动信息”的概念提供了一个连贯的解释这些实验中所示的现象。然后，我们研究信息和熵之间的关系。连接这两个量的思想实验是西拉德引擎版本的麦克斯韦恶魔，有人认为量子测量在其中起着关键作用。我们提供了第一个完整的描述操作的Szilard引擎作为一个量子系统。这使我们能够证明所建议的量子测量的作用是不正确的，并且进一步地，使用信息论来解决西拉德悖论是不必要的和不充分的。最后，我们表明，如果“主动信息”的概念扩展到涵盖热密度矩阵，那么这个悖论所提出的许多概念问题似乎得到解决。
2004-11-23 quant-ph
The second law, Maxwell's daemon and work derivable from quantum heat engines
利用一类由双能量本征态系统组成的量子热机，在循环的不同阶段分别经历量子绝热过程和与热浴的能量交换，我们能够阐明热力学第二定律的一些重要方面。量子热机也提供了一种实用的方法，作为西拉德发动机的替代品，在物理上实现麦克斯韦的守护进程。在平均遵守第二定律的同时，它们也能够从热浴中提取比热平衡中可能的更多的功。
2005-08-22 quant-ph
Quantum Thermodynamic Cycles and Quantum Heat Engines (II)
我们研究了力或压力的量子力学推广，并将经典的热力学等压过程推广到量子力学系统。在此基础上，我们可以研究由量子等压过程构成的量子形式的热力学循环，如量子布雷顿循环和量子狄塞尔循环。我们还考虑了用一维盒子中的单粒子和腔中的单模辐射场等模型系统实现量子布雷顿循环和量子狄塞尔循环。这些研究为Szilard-Zurek单分子发动机奠定了微观（量子力学）基础。
2009-03-09 quant-ph
Conditional action and quantum versions of Maxwell's demon
我们提出了一种新的方式来看待量子麦克斯韦恶魔问题的条件作用。对系统的“条件作用”是根据先前测量的结果选择的酉时间演化，其可以减少系统的熵。然而，任何有条件的作用都可以通过一个更大系统的（无条件的）幺正时间演化和随后的吕德斯测量来实现，由此整个系统的熵要么增加要么保持不变。我们给出了一些例子来说明和证实我们的建议，包括擦除$N$量子位和Szilard引擎，从而将本方法与Szilard原理和Landauer原理联系起来，这些原理已经被讨论为麦克斯韦恶魔问题的可能解决方案。
2020-09-22 quant-ph
Information-thermodynamics link revisited
西拉德的一个思想实验所建立的所谓信息-热力学联系成为现代量子信息和量子热力学资源理论领域的正统理论的核心。我们提醒现有的反对标准的解释Szilard引擎的操作，并说明他们的两个量子模型：粒子在一个盒子中的时间依赖性薄势垒和自旋玻色子模型。超选择规则的出现的热力学和量子力学的基础的后果进行了讨论。非遍历系统作为信息载体和热力学成本的稳定性和准确性的信息处理的作用进行了简要讨论，并比较普遍接受的朗道原理。
2019-05-27 quant-ph
Detection of entanglement by harnessing extracted work in an opto-magno-mechanics
本研究通过西拉德发动机在腔磁力学系统中提取功，利用对数负性量化纠缠，发现提取功与纠缠程度高度一致，为量子信息处理提供新途径。
2024-05-29 quant-ph
Heat engine driven by purely quantum information
本文的核心问题是能否利用纯量子力学信息从热机中提取功。如果答案是肯定的，它的数学公式是什么？首先，通过使用一个二分记忆，我们表明，从热机提取的工作是有界的，不仅由自由能的变化和熵的变化的总和的单个存储器，但也由存储器内包含的量子互信息的变化。然后我们发现，该引擎可以由纯粹的量子信息驱动，表示为所谓的量子不和谐，形成量子互信息的一部分。为了证实这一点，作为一个物理的例子，我们提出了Szilard引擎包含一个双原子分子与半渗透壁。
2013-08-05 quant-ph
Maxwell's two-demon engine under pure dephasing noise
热机和量子关联之间的相互作用在量子热力学和量子信息科学中都引起了极大的兴趣。最近，一个量子Szilárd引擎已经提出，表明麦克斯韦恶魔和工作介质之间的量子可操纵性可以有利于工作提取任务。然而，这种类型的量子燃料机器在退相干效应的存在下通常是脆弱的。我们提供了一个例子的纯移相过程中，表明发动机的量子化可以降低。因此，在这项工作中，我们通过引入第二个恶魔来解决这个问题，这个恶魔可以访问控制系统，并使工作介质以量子叠加的方式通过两个退相通道。此外，我们提供了一个量子线路来模拟我们提出的概念，并在IBMQ和IonQ量子计算机上进行测试。
2022-10-04 quant-ph
Stochastic thermodynamics of a quantum dot coupled to a finite-size reservoir
本文针对与有限尺寸热库耦合的单能级量子点，基于涨落定理建立随机热力学框架，确定热力学自洽的熵产生，并分析了有限尺寸热库西拉德发动机的功产生。
2024-04-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum thermodynamics of continuous feedback control
本文为连续测量和反馈下的开放量子系统建立了热力学形式体系，推导了功、热及熵产生表达式，并通过连续西拉德发动机和砰砰控制功提取方案验证，揭示了反馈控制系统的能量学与不可逆性。
2025-05-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Informational work storage in quantum thermodynamics
我们提出了一个严格的审查的困难与量子版本的解除重量，被广泛用作工作存储系统在量子热力学。为了克服这些困难，我们转向Szilard的引擎和Landauer的原则所阐明的信息和热力学之间的强联系，并考虑信息工作存储的概念。这个概念与通常的量子重量理想化的基础上的机械功存储的概念形成鲜明对比。研究了一种基于最大混合量子比特的信息工作存储系统，该系统不充当熵阱，并且能够真正区分功和热。将其应用于各种提取方案中的单次功提取问题，我们表明，对于给定的系统状态，最大可提取功与提取方案无关，符合热力学第二定律。
2019-06-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Maxwell's Demon in Thermodynamic Cycles
从量子力学的角度描述了Maxwell 'sDemon（MD）的位置测量、壁的插入和信息擦除，研究了MD在热力学循环中做功的物理机制。热机的例子是一个分子被限制在一个无限深的平方势插入一个可移动的固体壁，而MD被建模为一个两级系统（TLS）的测量和控制的分子的运动。发现具有量子相干性的分子动力学或在比粒子热浴温度低的温度下，将增强系统加上分子动力学所形成的整个工作物质对外做功的能力。这一观察结果表明，MD的作用本质上是驱动整个工作物质偏离平衡，或等效地以有效温差工作。对该模型的深入研究揭示了有限尺寸对Szilard热机热力学极限的影响，这与Szilard热机的一般理论相悖。详细计算了量子SHE的效率，证明了热力学第二定律的正确性。
2010-09-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Heat Engines, the Second Law and Maxwell's Daemon
介绍了一类量子热机，它由最简单的量子力学系统--双能量本征态系统组成，在循环的不同阶段分别经历量子绝热过程和与热浴的能量交换.有了这类热机和在量子水平上对热传递和功的一些解释，我们就能够澄清热力学第二定律的一些重要方面。特别是，热源比散热器热是不够的，但在通过发动机提取任何功之前，在较热的热源和较冷的散热器之间必须有最小的温差。这个最小温差的大小取决于所涉及的量子引擎的能隙。我们的新量子热机也提供了一种实用的方法，作为Szilard发动机的替代品，在物理上实现麦克斯韦的守护进程。受拉比振荡的启发和激励，我们进一步引入了一些修改的量子热机与单模腔，以，同时尊重第二定律，提取更多的工作，从热浴比否则可能在热平衡。上述结果也可推广到无限多个能级的量子热机，包括一维简谐振子和一维无限方阱。
2005-08-22 quant-ph
Experimental verification of the work fluctuation-dissipation relation for information-to-work conversion
我们实验研究工作波动的Szilard引擎，提取工作的信息编码为电子在半导体量子点的水平占用。我们发现，作为平均工作提取每比特的信息增加对朗道极限$k_BT \ln 2$，工作波动减少按照工作波动耗散关系。我们将结果与没有测量和反馈的协议进行比较，结果表明，当没有使用信息时，工作输出和波动同时消失，而信息到能量转换的情况下，工作量增加，波动减少。我们的工作突出了波动在信息到工作转换过程的设计中的重要性。
2021-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Nonorthogonal-state erasure as the resource behind apparent second-law violations
Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程科学研究院研究生院）；Department of Sciences, Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学理学院）
该研究指出非正交态擦除是表观第二定律违反的资源，修正了此前认为非正交态区分可从单一热库提取功的错误认知，通过重新分析佩雷斯型西拉德引擎证实了这一结论。
2026-08-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Model of quantum measurement and thermodynamical cost of accuracy and stability of information processing
本文重新讨论了量子测量问题，提出了一种新的可解测量模型，其基本成分是受控单比特存储器的量子模型。这个模型的结构，包括强耦合的自旋和量子谐振子允许定义稳定的指针状态，以及分离的高斯态的量子振子和分析从量子到经典制度的过渡。导出了测量精度、指针态稳定性、联合热噪声和量子噪声的有效温度以及执行位翻转所需的最小功之间的关系。它们不同于基于Landauer原理的那些，并且用于分析量子Szilard引擎的热力学效率，并且意味着执行长时间计算所需的最小工作量的更现实的估计。
2013-05-21 quant-ph
Optimal cycles for low-dissipation heat engines
我们考虑有限时间卡诺热机的优化问题，其特点是小耗散。我们用一个简单的不等式来约束功率，并证明了最优策略是围绕给定的工作点执行小循环，从而可以最优地选择。值得注意的是，该最佳点独立于正在被最大化的功率和效率组合的品质因数。此外，对于一般类型的动力学，功率输出与工作物质的热容成比例。由于热容量可以与发动机的组成部分的数量超广泛地缩放，这使我们能够设计出最佳的多体卡诺发动机，在热力学极限下，每个组成部分的有限功率下达到最大效率。
2020-03-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Numerical Method to Find the Optimal Thermodynamic Cycle in Microscopic Heat Engine
热机是发展非平衡态热力学的基本物理对象。热机的热力学性能取决于循环的选择和参数的时间依赖性。在这里，我们提出了一个系统的数值方法来找到一个热机循环优化一些目标函数。我们将该方法应用于参数缓变的热机，并表明该方法工作良好。我们的数值方法是基于遗传算法，这是广泛应用于各种优化问题。
2021-04-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of quantum informational systems - Hamiltonian description
人们经常声称，从一个d能级的量子系统，熵S和温度T的热浴中，可以得出kT（ln d -S）的功。然而，通常基于Szilard引擎的论证并不完全严格。在这里，我们证明的公式内的哈密顿描述的绘图工作从一个量子系统和热浴，在成本的熵的系统。本文在[R. Alicki，J. Phys. A，12，L103（1979）]。我们的结果提供了从量子关联中提取物理功的完全物理方案[J. Oppenheim et al. Phys. Rev. Lett. 89，180402（2002）]。我们还推导出Landauer原理作为第二定律的一个consequence内考虑模型。
2004-03-03 quant-ph
Quantum Information Engines with Many-Body States attaining optimal Extractable Work with Quantum Control
我们介绍了从量子态和单个热库中提取功的量子信息引擎。它们可以在三种一般条件下运行：i/单一导向进化（US）; ii/不可逆热化（IT）和iii/等温弛豫（IR），因此被称为USITIR机器。它们包括没有传统反馈控制机制的新型发动机，以及包括它们的版本。给出了单量子比特态和双量子比特态的USITIR引擎的显式构造，并计算了它们的最大可提取功，这是最优的。当满足可控热可化性和密度矩阵可控性的概念时，可达到最优。然后，多体扩展的USITIR发动机进行了分析，并确定了最佳的工作提取的条件。当它们不满足时，我们通过新定义的不可控熵来衡量它们缺乏最优性，这些熵是针对一些选定的例子明确计算的。这包括可区分和不可区分粒子的情况。
2014-03-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Exotic properties and optimal control of quantum heat engine
研究了一种特定类型的量子热机。该发动机包含一个单一的粒子限制在无限的方势阱与可变宽度，并由三个过程：等能过程（没有经典的类似物），以及等温和绝热过程。结果表明，该发动机具有奇异的性能。当发动机的膨胀比被适当地设定时，效率取最大值，此外，温度越低，最大效率变得越高，这突出了量子效应对热力学的影响的方面。一个评论也提出了这个引擎的卡诺的相关性。
2016-03-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Universality and scaling of optimal heat engines
从蒸汽机到目前的纳米器件，高效热机的设计在现代社会中发挥了重要作用。从本质上讲，热机可以被认为是一种工作物质，与两个或多个浴接触，经历循环变换。如果工作物质处于相变的边缘会发生什么？早在1902年，潜热就被认为是提高蒸汽机效率的关键。尽管有这种早期的观察，但相变对热机性能的影响还没有得到解决。通过将非平衡态和量子热力学的工具与有限尺寸标度和信息论相结合，我们揭示了一种由相变附近触发的未被注意的机制，以提高发动机的性能。这一结果揭示了所谓的功率效率困境，并可用于实现强大的，同时，高效的发动机。将讨论捕获离子和超导纳米电路的具体实现。
2016-03-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal Efficiency of Heat Engines with Finite-Size Heat Baths
利用信息几何和强大偏差给出了热浴为$n$ -粒子系统的量子（或经典）热机的最优效率。我们给出了最佳的工作提取过程作为一个具体的能量保存统一的时间演化之间的热浴和工作存储。我们表明，我们的最佳工作提取把无序的能量的热浴有序的能量的工作存储，通过评估的熵差的比率，在热浴和工作存储的能量差，分别。通过将统计力学最优效率与宏观热力学边界进行比较，从统计力学的角度评价了有限尺寸热浴宏观热力学的准确性。我们还评估了量子相干性对循环过程的最佳效率的影响，而不限制其循环时间，通过比较经典和量子最佳效率。
2016-08-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal operation of a three-level quantum heat engine and universal nature of efficiency
我们提出了一个详细的研究三能级量子热机工作在最大有效功率函数，一个权衡的目标函数定义的产品的效率和功率输出的发动机。首先，对于近平衡条件，我们找到了效率的一般表达式，并建立了最大功率和最大有效功率效率的普遍性质。然后，在高温极限，优化一个参数，同时限制另一个，我们得到的上下界的效率为强以及弱的物质场耦合条件。除了弱的物质场耦合条件，所获得的边界上的效率完全匹配的边界上已知的经典热机的一些模型。此外，弱物质场耦合，我们推导出一些新的边界上的发动机的效率位于所覆盖的范围内得到的强物质场耦合。我们的结论是通过比较我们的三能级量子热机在最大功率和最大有效功率制度的性能，并表明，在最大有效功率运行的发动机产生至少$88.89\%$的最大功率输出，同时大大减少了由于熵产生的功率损失。
2020-03-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal linear cyclic quantum heat engines cannot benefit from strong coupling
揭示强系统-浴耦合是否可以是用于能量转换的有利操作资源可以促进高效量子热机（QHE）的开发。然而，由于治疗强耦合带来的挑战，目前仍没有就这一持续辩论达成共识。在这里，我们通过揭示强系统-浴耦合在其最佳操作中的有害作用，结束了关于在小温差下操作的最佳线性循环QHE的争论。我们分析表明，在最大功率和最大效率的强耦合线性循环QHE的上界由他们的弱耦合同行，特别是，经历了二次抑制下的强时间反演对称性破缺的卡诺极限。
2022-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Three-level laser heat engine at optimal performance with ecological function
虽然经典和量子热机的工作原理完全不同，但它们有一个潜在的相似之处。例如，对于两种类型的发动机，在最佳性能下的效率的形式可以是相似的。在这项工作中，我们研究了一个三能级激光量子热机运行在最大生态功能（EF），这代表了功率输出和功率损失之间的折衷，由于熵产生。我们推导出解析表达式的假设下，强物质场耦合和高浴温度的效率。在极端非对称耗散的情况下，当热接触和冷接触处的系统-浴槽耦合常数的比率分别接近零或无穷大时，存在效率的上界和下界。这些界限已经建立了以前的各种经典模型的卡诺式发动机。我们的结论是，虽然发动机产生至少75%的功率输出相比，最大功率条件下，功率的分数损失是相当低的情况下，发动机在最大EF操作，从而使这个目标函数相关的环境的角度来看。
2019-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum optimal environment engineering for efficient photoinduced charge separation
利用最优控制和环境工程相结合的框架，研究了仅通过控制耗散环境参数（如温度和压力）来诱导预定相干量子动力学的可能性。作为一个例子，我们考虑了光激发施主态通过中间高位桥态转化为自由载流子的问题，以期实现太阳能转换。在这种情况下，振动浴工程允许促进快速、定向的电荷转移并抑制复合损失。
2015-08-18 quant-ph
Optimal work extraction in measurement-based quantum Otto engines: Non-adiabaticity and generalized measurements can be beneficial
Harish-Chandra Research Institute（哈里什-钱德拉研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
本文研究了基于测量的量子奥托引擎的最优功提取，探讨了非绝热性和广义测量在特定参数范围内是否能超越传统量子奥托循环的性能，并分析了不同实现方式下的功输出。
2026-05-21 quant-ph
