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
Fermionic one-body entanglement as a thermodynamic resource
本文证明双模费米子态的纠缠可在开放系统热力学过程中作为真正的量子资源，完成可分态无法实现的任务，从而为费米子纠缠的操作意义提供新见解。
2023-03-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic resources in continuous-variable quantum systems
热力学资源，除了它们在功提取和其他热力学任务中众所周知的有用性之外，在不明显是热力学的任务中也常常是重要的。在这里，我们开发了一个框架，用于确定这些资源在不同的应用玻色子连续变量系统。引入类玻色子线性热操作模型操作可行的过程中，我们应用这个模型来确定唯一的量子性质玻色子状态，完善经典概念的热力学足智多谋。其中包括：（1）一套将平衡温度推广到量子、非平衡场景的类温度量;（2）量化系统在相空间位移中承载信息的能力的信噪比;以及（3）量化传感和参数估计任务中的分辨率的公认的非经典性度量。
2021-03-30 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
Third Law of Thermodynamics as a Single Inequality
热力学第三定律以不可达性原理的形式指出，精确的基态冷却需要无限的资源。在这里，我们调查的非平衡资源的数量需要近似冷却。我们把任何一个不平衡的系统都看作是资源，考虑到超过独立同分布的资源。假设并将工作输入作为特定情况。我们建立在充分的一般性冷却的充分和必要条件，并表明，对于一个庞大的类的非平衡资源，这两个条件相吻合，提供了一个单一的必要和充分的标准。这样的条件表示为一个单一的功能，发挥类似的作用，为第三定律的自由能的第二定律。从技术的角度来看，我们提供了一些新的结果，一些Renyi分歧，这可能是独立的利益的凸/凸。
2017-11-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic resource theories, non-commutativity and maximum entropy principles
本文讨论了多守恒量存在时热力学的一些特征。我们证明了一个概括的兰道尔原则，说明在不同的“货币”支付的擦除成本之间的权衡。然后，我们展示了如何最大熵和完全被动的方法给出不同的答案在存在多个可观的。我们将讨论如何这似乎是为了防止目前的资源理论完全捕获热力学方面的非交换性。
2017-04-07 quant-ph
Hybrid Thermal Machines: Generalized Thermodynamic Resources for Multitasking
热机通过与储存器交换能量和可能的额外守恒量（如粒子）来执行有用的任务，如做功、冷却或加热。在这里，我们认为热机器，同时执行一个以上的有用的任务，这些“混合热机器”。我们概述了它们的限制所施加的热力学热力学定律，我们量化的效率方面的性能。为了说明其全部潜力，被认为是具有多个保守量，广义吉布斯系综描述的水库。介绍了一种混合热机的极小模型，其特征在于三个水库和两个守恒量，能量和粒子数该模型可以很容易地实现在基于量子点的热电设置，并考虑到现实的参数混合制度是可访问的。
2020-11-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Robustness as a thermodynamic currency: work advantages and preparation costs of nonclassical states
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度科学教育研究所加尔各答分校）
研究揭示了非经典态的鲁棒性在热力学中的优势与成本，通过制备和提取功的对比，展示了量子资源在热力学任务中的应用。
2026-03-04 quant-ph
Fundamental limitations on photoisomerization from thermodynamic resource theories
小的、不平衡的、量子系统不符合简单的热力学表达式。这样的系统以分子开关为例，其与浴进行热交换。这些分子在吸收光时可以光致异构化，或改变构象，或转换。光异构化的概率取决于动力学细节，耦合分子的能量，其耗散。因此，一个简单的，一般的，抽象式的光致异构化概率的界限似乎遥不可及。我们使用资源理论推导出这样的界限。资源理论框架是一套数学工具，在量子信息理论中发展，用于将热力学推广到小的和量子的设置。从这个工具包已经得出了推广的第二定律，热majorization前序。我们使用热平衡来限定光异构化概率的上限。然后，我们比较了边界与平衡预测和Lindbladian模型。我们确定了一个现实的参数制度，其中Lindbladian演变饱和的热约束。我们还量化了电子自由度的能量相干性，我们认为，这种相干性不能促进光异构化。这项工作说明了如何量子信息理论热力学可以阐明复杂的量子过程中的性质，实验和合成。
2020-04-21 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph quant-ph
Quantum thermodynamics with coherence: Covariant Gibbs-preserving operation is characterized by the free energy
The University of Tokyo（东京大学）
研究了协变吉布斯保持操作的资源理论，证明通过相关催化剂，任何相干态的状态可转换完全由量子相对熵定义的自由能表征，扩展至一般资源理论。
2026-04-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Communication, Dynamical Resource Theory, and Thermodynamics
最近，通过共同研究传播和资源理论，获得了新的见解。这种相互作用因此成为跨学科研究的潜在平台。为了继续这条路线，我们分析了动力资源在通信设置中的作用，并进一步将我们的分析应用于热力学。首先，我们研究了经典的通信场景的约束下，一个给定的资源，在这个意义上说，信息处理通道是无法提供额外的资源量。我们表明，一次性的经典容量是上界的资源可分配性，这是一个衡量的能力，以保持资源。当资源不对称时，进一步得到了下界。作为一个应用程序，出乎意料的是，根据最近研究的热化模型，我们发现，最小的浴大小需要热化所有输出的吉布斯保持相干湮灭通道的上限其一次性经典容量。当通道是相干非生成时，上界由相干可扩展性和通道的非相干版本的浴大小的总和给出。在这个意义上，浴的大小可以被解释为传递经典信息的热力学成本。这一发现提供了朗道原理的动力学模拟，因此在经典通信和热力学之间架起了桥梁。作为另一个含义，我们表明，在两部分环境中，即使两个局部系统完全热化，经典相关的局部浴室也可以进行经典通信。因此，热化可以通过仅访问经典相关性作为资源来传输信息。我们的研究结果表明，跨学科的应用，使动态资源理论。
2021-03-23 quant-ph
Efficiently Cooling Quantum Systems with Finite Resources: Insights from Thermodynamic Geometry
该研究借助Markovian碰撞模型与热力学长度，分析有限资源下量子冷却的能量、时间与控制复杂度权衡，提出适用于相干及非相干控制的高效协议并给出散热界限。
2025-02-20 quant-ph
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。
2019-06-22 quant-ph
Quantum Effects in Ion Transport: A Thermodynamic Resource Theory Approach
本文采用热力学资源理论框架分析跨膜离子输运，揭示非马尔可夫性可提升输运产率与效率，而量子相干性虽降低这些指标，却能区分并促成离子泵向离子通道转化。
2025-02-19 quant-ph
An introductory review of the resource theory approach to thermodynamics
我给一个自足的介绍量子热力学的资源理论方法。我将以一种基本的方式介绍必要的技术机制，以解开和证明该理论的核心陈述。所涉主题包括所谓的“热力学多第二热力学定律”、热优化和对量子相干性演变的对称性约束。在基本的应用中，我明确地工作了确定性的工作提取和形成的界限，讨论了一个量子比特的理论的完整解决方案，并提出了相干转移的不可逆性。其目的是促进那些有兴趣参与和促进这一主题的研究人员的任务，提出其核心假设的范围和动机，并讨论资源理论和互补方法之间的关系。
2019-10-07 quant-ph
Thermodynamic utility of Non-Markovianity from the perspective of resource interconversion
我们建立了各种量子操作的非马尔可夫性和负熵产生率之间的联系。我们结合纯度和热力学的资源理论分析了单位操作和热操作的几个方面。我们充分刻画Lindblad算子对应的酉运算。我们还描述了Lindblad动力学的一大类热操作。接下来，我们推广了非平衡情况下的熵产生率的定义，将其与系统自由能的变化率联系起来，并建立了非马尔可夫性和最大自由能损失之间的互补关系。我们自然地得出结论，在相应的允许操作下，可除性破缺方面的非马尔可夫性是其他资源（如纯度或自由能）回流的必要资源。
2019-04-26 quant-ph
A Resource Theory for Work and Heat
利用量子信息理论和资源理论的工具，近年来在热力学方面取得了一些新的结果。到目前为止，用来描述热力学的资源理论都假设存在一个无限的热库，宣称在某个背景温度下的热状态是免费的。在这里，我们提出了一个没有背景温度的量子热力学资源理论，这样就没有任何状态是免费的。我们将这种资源理论应用到许多非相互作用系统的情况下，并表明，所有的量子态的熵和平均能量分类，甚至任意远离平衡。这意味着热力学发生在一个二维的凸集，我们称之为能量熵图。许多关于热力学的资源论问题的答案都可以从这张图中读出，例如由有限热源组成的热机的效率，或者两种状态之间的转化率。这使我们能够考虑一种将功和热放在同等地位的资源理论，并作为其他资源理论的模型。
2017-10-19 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Quantum switch as a thermodynamic resource in the context of passive states
本文探讨了量子开关能否激活被动状态以作为热力学资源，研究表明其单独无法激活，但结合外部资源时可促进功的提取。
2024-02-16 quant-ph
Performance of autonomous quantum thermal machines: Hilbert space dimension as a thermodynamic resource
讨论了多能级自治量子热机。特别是，我们探索的机器的大小（希尔伯特空间维度捕获）之间的关系，和机器的性能。使用虚拟量子位和虚拟温度的概念，我们表明，高维机器可以优于较小的。例如，通过考虑具有更多水平的冰箱，可以实现更低的温度以及更高的功率。本文讨论了给定尺寸冰箱的优化设计问题。因此，我们得到了希尔伯特空间维数的第三定律的陈述：达到绝对零度温度需要无限维。这些结果表明，希尔伯特空间维数应被视为一个热力学资源。
2016-04-14 quant-ph
Thermodynamic Constraints on the Emergence of Intersubjectivity in Quantum Systems
School of Physics, Trinity College Dublin（都柏林三一学院物理学院）；Università degli Studi di Palermo, Dipartimento di Fisica e Chimica - Emilio Segrè（巴勒莫大学物理与化学系埃米利奥塞格雷）；Universidade Tecnológica Federal do Paraná（巴拉那联邦技术大学）；Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；Trinity Quantum Alliance（三一量子联盟）
研究热力学资源限制对量子测量中跨主体性涌现的影响，揭示理想跨主体性实现的约束条件及有限资源下的近似方法。
2026-03-17 quant-ph
A resource theory of activity for quantum thermodynamics in the absence of heat baths
本文针对无热浴量子热力学提出活性资源理论，刻画能量保持操作下的状态转换条件，并给出实验可测的资源量化器以量化活性态在制备最大相干态近似时的最大优势。
2023-04-18 math-ph math.MP quant-ph
Engineered non-Gaussian Coherence as a Thermodynamic Resource for Quantum Batteries
Palacký University（帕尔卡茨大学）；The Institute of Mathematical Sciences, HBNI（数学科学研究所，HBNI）
本文研究利用工程非高斯态提升量子电池的热力学性能，通过非高斯相干优化不同高斯充电器 profile 的性能，并展示热力学资源在量子储能中的应用证明。
2026-04-13 quant-ph
Works with quantum resource of coherence
研究了量子系统与储层相互作用时热力学第二定律在量子相干性影响下的修正。整个系统是孤立的，因此既不损失能量也不损失信息。研究发现，储层的相干性可以作为一种有用的资源，使系统从储层中提取更多的能量;在相干性测度中，只有相干性的相对熵可以定量表征能量交换.我们证明了两个相干水库之间的热力学循环可以输出更多的工作比它的经典对应。该循环的效率超过了经典工况下热机效率的上限卡诺效率。
2021-10-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum processes as thermodynamic resources: the role of non-Markovianity
本文研究了非马尔可夫性在量子热力学中的作用，通过定义四类提取协议层级，揭示了三种物理机制使非马尔可夫性增加可提取功，证明其是提升热力学性能的基本资源。
2025-05-28 quant-ph
Resource theory of quantum thermodynamics: Thermal operations and Second Laws
资源理论是用于管理任何有价值资源的通用方法，例如纠缠，纯度和不对称性。这样的框架的特点是由两个主要元素：一组预定义的（免费）操作和状态，人们认为可以轻松地获得免费的。鉴于这些基本规则，人们可能会问：使用这种自由操作和状态可以实现什么？这通常导致一组状态转换条件，其告诉我们特定状态$ ρ$是否可经由自由操作和状态的使用而演变成另一状态$ ρ' $。我们将在本章中看到，热相互作用可以作为一种资源理论来模拟。由这种框架产生的状态转换条件被称为“第二定律”。我们还将看到这样的状态转移条件如何恢复在i.i.d.中的经典热力学。极限最后，我们将讨论如何将这些法律适用于研究量子热机的性能的基本限制。
2018-05-24 quant-ph
Entropy, Divergence, and Majorization in Classical and Quantum Thermodynamics
在过去的几十年里，人们发现无论是在经典体系还是量子体系中，非平衡系统的热力学都有着丰富的信息论结构。这导致了统计物理学、量子信息理论以及包括矩阵分析和渐进概率论在内的数学理论之间富有成果的相互作用。本书的主要目的是阐明信息论如何在热力学背后工作，并揭示其现代意义。我们专注于纯粹的信息论概念及其物理含义：我们提出了熵，发散和优控制的几个基本性质的自足和严格的证明。我们还讨论了热力学的现代表述，特别是从随机热力学和热力学资源论的角度。资源理论是近年来发展起来的一个新领域，它是量子信息理论的一个分支，目的是对“有用资源”进行能量或信息论上的量化。“我们表明，资源理论与数学和信息论的各种基本思想有着内在的联系。这本书不打算是一个全面的审查领域，但将作为一个简明介绍几个重要成分的信息理论制定热力学。
2020-09-27 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Macroscopic Thermodynamic Reversibility in Quantum Many-Body Systems
热操作的资源理论是小尺度热力学的一个已建立的模型，它将平衡态热力学扩展到非平衡态。在任何尺寸的晶格上，具有任何双折射不变的局部哈密顿量，我们确定了一个大的双折射不变的状态，可以可逆地转换为热操作和少量的相干性的热状态和从热状态。这些是空间遍历状态，即，状态，具有任何观测到的绝对不变的尖锐统计，以及具有相同热力学势的这些状态的混合物。作为一个中间结果，我们表明，对于一般的状态，如果最小和最大的相对熵的热态近似一致，这意味着近似可逆的相互转换，并从热态与热操作和一个小的相干源。我们的研究结果提供了一个强有力的联系之间的抽象资源理论的热力学和更现实的物理系统，因为我们实现了强大的和可操作的表征的出现的热力学势的守恒不变的晶格系统。
2019-07-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Resource theories of knowledge
我们能用资源论的方法探索物理学多远？LOCC、参考系和量子热力学等资源理论已被证明是研究受某些约束的主体如何作用于物理系统的有力工具。这种方法提高了我们对基本物理原理的理解，如热力学第二定律，并提供了量化资源的操作措施，如纠缠或信息内容。在这项工作中，我们显着扩展的方法和资源理论的适用范围。首先，我们概括了资源理论的概念，包括任何描述或知识，代理可能有一个物理状态，超越密度算子形式主义。我们展示了如何将不同的理论用于描述资源的语言，如微观和宏观热力学。最后，我们采取自上而下的方法，局部性，其中的子系统结构是来自全球性的理论，而不是假设。这里介绍的扩展框架，使我们能够正式的资源理论的语言，从断层扫描，密码学，热力学和基础问题，无论是在量子理论内外的新任务。
2015-11-27 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Time-cost-error trade-off relation in thermodynamics: The third law and beyond
针对随机和量子热力学中资源与误差约束的不明确问题，本文引入分离态概念建立统一框架，揭示时间-成本-误差三方权衡关系，量化第三定律不可达性原理并扩展至量子领域。
2025-10-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamically free quantum measurements
热通道--量子热力学资源理论中允许的自由过程--被推广到热仪器，我们将其解释为实现无消耗的量子测量;麦克斯韦恶魔使用这种测量永远不会违反热力学第二定律。进一步的热仪器的属性进行了研究，特别是，它表明，他们只测量与哈密顿量的可观测量，他们thermalise测量系统时，进行完整的测量，后者表明一个critically引起的信息干扰权衡。测量的划界，是不免费的热动力成本的资源理论量化铺平了道路。
2023-01-03 quant-ph
Non-thermal quantum channels as a thermodynamical resource
量子热力学可以理解为一种资源理论，其中热态是自由的，唯一允许的操作是与系统的总哈密顿量交换的幺正变换。以前关于这个主题的文献只关注不同状态资源之间的转换，忽略了这样一个事实，即不与总能量交换的量子操作也构成了一种潜在的有价值的资源。在这封信中，给定一些非热量子信道，我们研究如何将它们集成到热机中以提取最大量的功的问题。我们发现，在极限的渐近许多使用的每个通道，可计算的工作是一个加性函数的考虑通道，可计算的有限维量子操作和玻色子通道。我们应用我们的研究结果来约束由于自然的非热过程中假设的Ghirardi-Rimini-Weber（GRW）崩溃模型的工作量。我们发现，虽然GRW理论预测的可能性，提取工作的真空在没有成本，功率的\emph{collapse engine}可以在原则上产生是非常低的。
2015-06-15 quant-ph
Thermodynamic Analysis of Classical and Quantum Search Algorithms
我们从热力学的角度分析了经典和量子搜索算法的性能，重点是时间，能量和内存大小等资源。我们考虑两个与后量子密码学相关的例子：Grover的搜索算法和碰撞发现的量子算法。使用班尼特的“布朗”模型的低功耗可逆计算，我们表明经典的算法，这些量子算法具有相同的渐近能耗。因此，查询复杂度的量子优势并不意味着这些热力学资源成本的降低。此外，我们提出了现实的估计资源成本的量子和经典的搜索，为不久的将来的计算技术。我们发现，如果内存是便宜的，经典的穷举搜索可以令人惊讶的竞争力与格罗弗的算法。
2017-09-29 quant-ph
A Compendious Review of Majorization-Based Resource Theories: Quantum Information and Quantum Thermodynamics
本综述聚焦基于优超理论的量子资源理论子领域，梳理纠缠、相干性等多类量子资源的内在共性，旨在深化对本征量子现象的理解并推动多资源新型资源理论研究。
2023-08-28 quant-ph
Thermodynamic limits of the Mpemba effect: A unified resource theory analysis of correlation-enabled mechanisms
Kadir Has University（卡迪尔哈斯大学）；TÜBİTAK Informatics and Information Security Research Center (BİLGEM)（土耳其科学院信息与信息安全研究中心（BİLGEM））；University of Oxford（牛津大学）
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。
2026-04-16 quant-ph
Work and reversibility in quantum thermodynamics
量子热力学的一个中心问题是确定从初始态$ρ$到最终态$σ$的过程有多不可逆，以及这种不可逆性是否可以被认为是一种有用的资源。例如，我们可能会问，在环境热浴的温度$T$下，通过将$ρ$热化到热态$σ$可以获得多少功。在这里，我们表明，对于不同的资源理论的热力学操作，沿过渡产生的熵的量的特点是如何可逆的过程。更具体地说，这个熵的产生取决于我们在不做任何工作的情况下将状态$σ$恢复到其原始形式$ρ$的程度。与此同时，熵产生可以与沿着给定跃迁可以提取的功相关联，并且我们探索了这一事实对我们的结果的影响。根据量子信息理论，我们还展示了一个明确的反转操作的Petz恢复通道。我们的结果建立了一个定量的联系之间的可逆性的结晶过程和相应的工作增益。
2018-06-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Resource engines
本文提出资源引擎，用两个任意约束替代不同温度热浴，模拟二冲程热机让两个智能体轮流对系统进行受限自由操作，研究其生成量子操作集的能力并探讨资源理论的融合。
2024-01-04 quant-ph
Generalized Quantum Stein's Lemma and Second Law of Quantum Resource Theories
本文通过发展替代技术在更少假设下证明了广义量子斯坦引理，从而重新建立并扩展了量子资源理论第二定律，使其适用于静态量子态资源和经典-量子信道表示的动力学资源，解决了热力学与量子信息理论之间的类比问题。
2025-04-12 quant-ph
Quantum Coherence as a Thermodynamic Resource Beyond the Classical Uncertainty Bound
Xiamen University（厦门大学）；Beihang University（北京航空航天大学）
研究非平衡系统中量子相干在热力学不确定性界限里的作用，通过结合量子克拉美 - 罗不等式与戴森级数展开，推导出广义TUR，以三能级量子微波激射器为例证明稳态相干可超经典极限，为连接经典与量子不确定性关系提供统一框架。
2026-07-13 quant-ph
The resource theory of informational nonequilibrium in thermodynamics
本文从量子信息理论的角度对热力学基础方面的最新工作进行了评述。我们采用资源理论的观点，其中热力学被制定为一个理论，什么样的代理人可以实现在特定的限制，即，唯一的状态准备和转换，他们可以免费实现的是那些在一些固定的温度是热的。处于热平衡之外的状态是资源。我们考虑这个理论的特殊情况，其中所有系统都有平凡的哈密顿量（即，它们的所有能级都是简并的）。在这种情况下，唯一的自由操作是那些向系统添加噪声（或实现可逆演化）的操作，唯一的非平衡态是信息非平衡态，即偏离最大混合态的状态。这种偏离的程度我们称之为状态的不均匀性;它是这里感兴趣的资源，例如在擦除操作中消耗的燃料。我们考虑不同类型的状态转换：精确和近似，单发和渐近，催化和非催化。在每一种情况下，我们提出的必要和充分条件的转换是可能的任何一对状态，强调洛伦兹曲线的条件的几何表示。我们还审查了量化的状态的非均匀性的问题，特别是通过使用广义熵。在这个资源理论中的量子态转换问题可以被证明总是可以还原到它们的经典对应物，因此在这样的问题中没有固有的量子力学特征。这一系列的工作也表明，热力学第二定律的标准表述不足以作为判断一个给定的状态转换是否可能的标准。
2015-05-06 quant-ph
Constant-Overhead Magic State Injection into qLDPC Codes with Error Independence Guarantees
本文提出一种基于并行化码手术的通用可扩展方法，可将魔法态注入qLDPC码中任意逻辑量子比特，仅需恒定量子比特开销和$\ ilde{O}(d^2)$时间复杂度，并严格证明了注入魔法态的误差独立性，为降低容错量子计算资源需求提供新途径。
2025-05-11 quant-ph
Thermodynamic state convertibility is determined by qubit cooling and heating
该研究在量子资源理论框架下，揭示了准经典非热资源的态可转换性可完全通过其冷却、加热量子比特的能力表征，解决了非热态调控热平衡量子系统温度的核心问题。
2023-12-12 quant-ph
Quantum Coding with Finite Thermodynamic Resources
该研究探讨了在有限热力学资源下压缩量子信息所需的条件，通过建模测量、时间误差和温度影响，推导出保真度界限，并关联到量子热力学冷却协议。
2024-08-02 quant-ph
A resource theory of Maxwell's demons
受量子热力学中信息原动力研究进展的启发，我们提出了麦克斯韦恶魔的运行资源理论。我们发现，资源丰富（{ \em守护进程}）的状态可以被划分成最多9个不可约的子集。集合可以通过类似于纠缠理论的施密特秩的秩来分类。此外，我们发现，存在一个自然的单调性，称为邪恶，它量化的国家的多级资源内容。指出了现代资源理论与热力学资源理论的深刻联系。特别是，九个不可约集被发现的特点是定义明确的温度，然而，是不是单调的邪恶。这个结果，正如我们所证明的，被发现有戏剧性的后果兰道尔的擦除原则。因此，我们的分析解决了围绕麦克斯韦恶魔的身份和其他相关的基本热力学实体的操作意义的长期争论。
2019-06-24 quant-ph
All states are universal catalysts in quantum thermodynamics
量子催化是一个迷人的概念，它证明了某些转换只有在获得特定资源时才有可能，而这些资源必须不受影响地返回。它最初是在纠缠理论的背景下被发现的，此后被应用于许多资源理论框架，包括量子热力学。虽然在这种情况下，催化剂存在的必要条件（有时也是充分条件）是已知的，但关于转化所需的催化剂状态的精确形式几乎一无所知。特别是，不清楚它是否必须具有某些特殊属性或被微调到所需的转换。在这项工作中，我们描述了一个令人惊讶的多拷贝状态的属性：我们表明，在资源理论支配的优势，所有资源丰富的国家是催化剂，所有允许的转换。在量子热力学中，这意味着所谓的“热力学第二热力学定律“不需要微调的催化剂，而是任何状态，只要有足够多的副本，都可以作为有用的催化剂。这些分析结果伴随着几个数值研究表明，既不需要多拷贝形式，也不需要一个非常大的尺寸催化剂，以激活最允许的催化转化。
2021-02-25 quant-ph
Thermodynamics of non-Markovian reservoirs and heat engines
我们发现，非马尔可夫效应的水库可以作为一种资源，从奥托循环提取工作。非马尔可夫动力学下的状态转换是通过两步过程实现的，即使用马尔可夫库的等温过程和随后的绝热过程。从热力学第二定律，我们表明，从状态下准备的非马尔可夫动力学的最大量的可提取的工作量化的一个下界的非马尔可夫。我们用一个明确的非马尔可夫进化的例子来说明我们的想法。
2018-06-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
The thermodynamic cost of reliability and low temperatures: Tightening Landauer's principle and the Second Law
朗道原理指出，擦除一位信息需要自由能kT ln 2。我们认为，位擦除过程的可靠性是由固有的准确性驱动的过程中的能量源（“资源”）的统计状态。我们开发了一个通用的框架，描述的“热力学价值”的资源，可靠的位擦除或良好的冷却。从统计推断问题的意义上讲，这个价值是由资源状态与其平衡态的可分离性给出的。因此，Kullback-Leibler相对信息是资源状态“价值”的决定性数量。由于相对信息的不对称性，擦除过程的可靠性与其说是由实际状态相对于平衡态的相对信息（它是直到常数的自由能）来限制，不如说是由平衡态相对于实际状态的相对信息来限制。
2000-02-17 quant-ph
Coherence distillation machines are impossible in quantum thermodynamics
相干性在量子热力学中的作用近年来得到了广泛的研究，现在已经很好地理解，不同能量本征态之间的相干性是一种独立于其他热力学资源（如功）的资源。一个基本的悬而未决的问题是量子力学和热力学定律是否允许相干蒸馏机的存在，即，一种机器，通过可能的消耗功，以非零速率从混合态获得纯相干态。这与另一个基本问题有关：从与参考时钟（近似）同步的噪声量子时钟的许多副本开始，可以以非零速率提取纯态的同步时钟吗？令人惊讶的是，我们发现这两个问题的答案是否定的通用（满秩）混合状态。然而，在同一时间，它是可能的，以消失的误差提取纯相干态的亚线性数量。
2021-12-08 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
Structure of the thermodynamic arrow of time in classical and quantum theories
在这项工作中，我们分析的结构的热力学箭头的时间，定义的转换，离开热平衡状态不变，在经典（不相干）和量子（相干）制度。我们注意到，在无限的温度限制的热力学有序的状态在这两个制度表现出晶格结构。这意味着，当能量无关紧要，唯一的热力学资源是由信息给出时，时间的热力学箭头具有非常特定的结构。也就是说，对于目前的任何两个状态，在过去都存在一个与它们和所有可能的共同过去相一致的唯一状态。同样，未来也存在一个唯一的状态，与这些状态和所有可能的联合未来相一致。我们还表明，在经典制度的晶格结构被打破在有限的温度，即，当能量是一种相关的热力学资源时。然而，令人惊讶的是，我们证明了在二维系统的最简单量子场景中，这种结构在有限温度下保持不变。通过对历史擦除过程的介绍和分析，给出了这些结果的物理解释，并指出量子相干性可能是最优擦除过程存在的必要条件.
2017-05-11 quant-ph
The first law of general quantum resource theories
我们将量子资源理论的工具扩展到多个量（或资源）存在的场景，它们的相互作用支配着物理系统的演化。我们推导出这些资源相互转化的条件，这些条件概括了热力学热力学第一定律。我们研究了多资源理论的可逆性条件，发现理论不变集的相对熵距离在资源的量化中起着基础性的作用。一般多资源理论的第一定律是一个单一的关系，它将系统在状态转换期间的属性变化与交换的资源的加权和联系起来。事实上，这个定律可以看作是将不同状态的相对熵的变化联系起来。与典型的单资源理论相比，自由状态和不变状态集的概念在多重约束下变得不同。此外，概括的亥姆霍兹自由能，绝热和等温转变，出现。这样，我们就有了一套一般量子资源理论的定律，它概括了热力学的热力学定律。我们首先测试这种方法的热力学与多个守恒定律，然后将其应用到理论的本地操作下精力充沛的限制。
2020-04-20 quant-ph
From the Unknown to the Desired: Transforming Unknown Initial States in the Resource Theory of Work and Heat
Universität zu Köln（科隆大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Universitat Autònoma de Barcelona（巴塞罗那自治大学）
本文在功与热资源理论中，针对未知初始量子态，提出普适变换框架，构造电荷守恒协议使误差超多项式衰减，实现无需微观知识的渐近最优功提取。
2026-09-10 quant-ph
The Resource Theory of Quantum States Out of Thermal Equilibrium
热力学的思想在量子信息理论的背景下已经证明是富有成果的，特别是当系统的允许变换受到限制时，系统的某些状态就变成了有用的资源，人们可以用它来准备以前无法达到的状态。在这个意义上，纠缠理论可能是最著名和最容易理解的资源理论。在这里，我们回到热力学的基本问题，利用量子信息理论中发展起来的资源理论的形式主义，并表明热力学的自由能自然地从能量守恒变换的资源理论中出现。具体地说，自由能量化了当仅使用可逆能量保持变换和固定温度下的热浴时，可以从量子系统的渐近多个副本中提取的有用功的量。自由能还量化了资源状态可以可逆地渐进地相互转换的速率，只要在能级上的相干叠加的次线性量是可用的，这种情况类似于纠缠稀释所需的经典通信的次线性量。
2013-10-06 quant-ph
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。
2015-03-11 quant-ph
Work Cost of Thermal Operations in Quantum and Nano Thermodynamics
采用由Janzing等人开创的量子和纳米系统的热力学资源理论框架。Phys.39，2717（2000）]中，我们将一种资源状态转换为另一种资源状态的有用功成本表示为凸优化的线性规划。该方法基于Janzing等人以及后来Horodecki和Oppenheim [Nat.Comm.4，2059（2013）]给出的热准序的表征。这两种表征都与Ruch、Schranner和Seligman以混合距离[J. Chem. Phys. 69，386（1978）]的名义研究的优化的扩展版本有关。
2014-02-14 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Coarse-grained quantum thermodynamics: Observation-dependent quantities, observation-independent laws
University of Bristol（布里斯托大学）；University of Vienna（维也纳大学）；Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院）；UIB-CSIC（巴利阿里群岛大学-西班牙国家科研委员会）
本文探讨有限精度实验仪器如何影响量子热力学中关键量的定义，发现粗粒化量可导致与细粒化情况不同的结论，但粗粒化热力学量仍满足与细粒化相同的定律（如第二定律不等式、耗散与可区分性关系、量子功涨落定理），揭示了热力学量关系对观测的独立性。
2026-06-12 quant-ph
Information-theoretic foundations of thermodynamics in general probabilistic theories
我们使用能够描述任意物理理论的抽象框架、一般概率理论来研究热力学和统计力学的信息基础。这使得人们可以从理论形式的具体细节中抽象出理论的信息内容。在这个框架中，我们扩展了微正则热力学的处理，即系统的热力学与一个明确定义的能量，超越了已知的经典和量子理论的情况下，制定一个明确定义的热力学的两个必要条件。我们采用资源理论的最新方法，其中一个研究状态之间的转换，可以完成一组有限的物理操作。我们制定了三种不同的资源理论，不同的物理操作的限制集的选择。为了弥合粒子的客观动力学和概率的主观世界之间的鸿沟，统计力学基础的核心问题之一，我们提出了四个信息论公理。他们满足于量子理论和更奇特的替代方案，包括经典理论的适当扩展，其中经典系统相互作用产生纠缠态。这些公理确定了一类理论，其中每个混合态都可以建模为纯纠缠态的简化态。在这些理论中，可以引入控制、熵和吉布斯态等行为良好的概念，允许从信息论推导出兰道尔原理。三种资源理论定义了相同的资源概念，当且仅当，在四个公理之上，基础理论的动态满足一个称为“不受限制的可逆性”的条件。在此条件下，我们推导出微正则热力学和纯二体纠缠之间的对偶性。
2019-01-23 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
