Thermodynamic transformations of nonequilibrium states
我们考虑一个宏观系统与边界水库和/或外部场的作用下。我们讨论的情况下，外部强迫依赖于时间，并驱动系统从一个非平衡态到另一个。在这种情况下，当考虑无界时间窗时，沿着变换耗散的能量的量变得无限大。在Oono和Paniconi的一般性建议的基础上，利用宏观涨落理论的结果，我们给出了重整化功的一个自然定义。然后，我们讨论了它的热力学相关性表明，它满足克劳修斯不等式和准静态变换最小化重整化工作。此外，我们将重整化功与描述定常非平衡系综涨落的准势联系起来。后者的结果提供了一个表征的准势，不涉及罕见的波动。
2012-11-05 cond-mat.stat-mech
Stochastic Echo Phenomena in Nonequilibrium Systems
当施加由协议$λ(t)$表示的时间相关力或非保守力时，热力学系统被驱动到非平衡状态。这样的系统是时间不可逆转的，因为协议$λ(0\leq t\leq τ)$下的运动和协议$λ(τ-t)$下的时间逆转运动的可能性不相等。我们研究了一种随机回波现象，其中一个系统是由一个最佳的协议来控制显示的时间反转的运动。最优协议是针对Langevin系统的。对于含时驱动情形，简谐振子系统表现出完全随机回波现象。我们还表明，任何系统驱动的时间无关的非保守力有一个对偶系统显示完美的随机回波现象。我们的研究为非平衡系统的时间不可逆性提供了一个新的视角。
2013-11-21 cond-mat.stat-mech
Transporting Baguettes With Minimal Action: The Geometry of Optimal Nonequilibrium Processes in Stochastic Thermodynamics
论文借助最优输运与随机热力学几何，研究有限时间非平衡状态变化的最小功协议，并通过精确控制、自适应采样和测地线—反绝热分解解释其不连续与非单调特性。
2025-09-26 cond-mat.stat-mech
Stochastic control in microscopic nonequilibrium systems
在纳米尺度上量化能量流有望指导未来各种学科的研究，从微观控制和操纵到自主操作的分子机器。对非平衡过程的热力学成本的一般理解将阐明高效微观机器的设计原则。相当大的努力已经投入到寻找和分类的确定性控制协议，驱动系统之间的状态以最小的能量成本迅速。但对于自治的微观系统，驱动过程本身是随机的。在这里，我们概括了一个线性响应框架，将这种协议的变化，推导出一个下限的工作，实现在有限的协议持续时间，远离准静态限制。我们的研究结果在模型系统中得到证实。这一理论提供了一个热力学原理的快速运作，独立的功能激励。
2018-11-22 cond-mat.stat-mech
Note on nonequilibrium stationary states and entropy
在非平衡定态之间的变换中，熵可能是一个定义不好的概念。它可能类似于在平衡状态下的转变中的“热含量”，如果它们不是等容的（{ \it，即}），那么平衡状态下的转变也没有很好的定义。涉及机械工作）。因此，我们推测，在非平衡定态下，熵只是一个可以传递或产生的量，就像平衡态下的热一样，但作为系统的一种性质，熵含量没有物理意义。
2003-12-12 cond-mat.stat-mech
Approximating the entire spectrum of nonequilibrium steady state distributions using relative entropy: An application to thermal conduction
我们表明，分布函数的非平衡稳态（NESS）下逐渐缓慢变化的协议，可以准确地从有限的数据和已知的最接近的详细状态的系统。在这种方式下，人们只需要进行几个详细的实验，以获得整个非线性范围的非平衡分布函数。我们通过最大化的相对熵功能（MaxRent），这是成比例的Kullback-Leibler距离从一个已知的密度函数，受问题的定义和新的测量提供的约束。因此，MaxRent优于最大熵原理（MaxEnt），最大熵原理最大化香农的信息熵来估计分布，但缺乏结合额外先验信息的能力。MaxRent原理使用由单个格点组成的$ϕ^4$热传导的玩具模型来说明。一个外部协议控制的位置依赖的温度场驱动系统的平衡。两种不同的恒温计划：胡佛-霍利确定性恒温器（产生多重分形动力学下的强非线性）和朗之万随机恒温器（产生相空间填充动力学）。在协议产生的80种可能状态中，我们假设我们详细了解4种状态，其中一种状态每次用作MaxRent的输入。我们发现，MaxRent准确地近似的相空间密度函数在所有值的协议，即使当已知的分布是遥远的。然而，MaxEnt无法捕获相空间分布函数的精细细节。我们希望这种方法是有用的，在其他外部协议驱动的非平衡情况下，以及。
2014-09-22 cond-mat.stat-mech
Geodesic path for the optimal nonequilibrium transition: Momentum-independent protocol
加速受控热力学过程需要辅助哈密顿量来引导系统进入瞬时平衡态。在这样的有限时间操作中不可避免地需要额外的能量成本。最近，我们开发了一种测地线的方法，以尽量减少这种能源成本的捷径等温过程。辅助控制通常包含动量依赖项，由于需要不断监测速度，因此难以通过实验实现。在这项工作中，我们采用了变分辅助控制没有动量依赖力近似的精确控制。根据几何方法，我们得到的最优控制协议的变化的最小能量成本。我们通过一个具有可控调和势的布朗运动的例子证明了这种协议的构造。
2022-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Optimal control of transitions between nonequilibrium steady states
生物系统从根本上说是不平衡的，以保持有组织的结构和过程。许多变化的细胞条件可以表示为非平衡稳态之间的转换，并且生物体对优化这种转换感兴趣。使用波多野佐佐的Y值，我们扩展了最近开发的几何框架，确定最佳的协议，使它可以应用到系统驱动的非平衡稳态。我们计算和数值验证的最佳方案的胶体粒子拖动通过解决方案的平移光阱与两个可控参数。我们提供实验预测，特别是最佳协议的成本显着低于天真的。类似于这些的最佳方案可能最终指向生物能量转换系统的设计原则，并指导人工分子机器的设计。
2013-10-29 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Nonequilibrium path-ensemble averages for symmetric protocols
根据非平衡功关系，由不可逆过程产生的路径系综可以用于计算平衡自由能差和期望值，在不可逆过程中，系统根据预定协议被驱动出平衡。估计先前已通过考虑从反向过程收集的数据来改进，所述反向过程在正向过程的最终热力学状态中的平衡中开始，并且根据时间反转协议来驱动。在这里，我们开发了一个理论上严格的统计估计非平衡路径合奏平均专门为对称协议，其中正向和反向过程是相同的。估计测试与一些模型系统：一个对称的1D电位，一个不对称的1D电位，展开的十-丙氨酸，分离的主客体系统，和易位钾离子通过短杆菌肽A离子通道。当使用来自对称协议的数据重建自由能时，新的估计器优于现有的严格的单向和双向估计器，收敛更快，误差更小。然而，在大多数情况下，使用双向估计器的数据从正向和反向对非对称协议优于相应的对称协议和估计器具有相同的模拟时间。因此，只有当双向估计量不可行或预期表现不佳时，才推荐使用新的估计量。对称估计器具有类似的性能的一半长度和两倍数量的轨迹的单向协议。
2019-08-05 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
A geometric approach to optimal nonequilibrium control: Minimizing dissipation in nanomagnetic spin systems
纳米磁体的最优控制已经成为自旋电子学领域的一个紧迫问题，因为技术工具接近物理确定的效率极限。在复杂的波动系统中，如纳米磁性比特，找到最佳协议是具有挑战性的，需要有关受控系统动态波动的详细信息。我们提供了一个新的，物理上透明的度量张量的推导，协议的长度与其耗散成正比。这种观点简化了非平衡优化问题的重铸他们在几何语言。然后，我们描述了一种数值方法，几何最小作用方法的一个实例，即使当控制参数的数量很大时，也可以计算测地线。我们将这些方法应用到两种模型的纳米磁性位：一个简单的朗道-Lifshitz-吉尔伯特描述的一个单一的磁自旋控制的两个正交的磁场和二维伊辛模型，其中的字段是空间控制。这些计算揭示了位擦除和反转的非平凡协议，为超低功耗计算提供了重要的，实验可测试的预测。
2016-07-25 cond-mat.stat-mech
Dynamic dependence of nonequilibrium work limits the validity of the Jarzynski Equality
分析了Jarzynski等式（JE）在准静态变换的热力学极限和哈密顿演化的工作协议方面的有效性。在第一种情况下，我们表明，JE仅适用于等温变换;在第二种情况下，我们表明，所做的工作（与最终状态哈密顿量）取决于时间动态的工作协议（包括其速度），从而排除了识别它的自由能或任何其他热力学态函数的可能性。即使在热力学极限和无限慢的哈密顿变换（绝热不变性）的热力学平衡状态的情况下，所得的功表达式也不默认为JE，而是默认为绝热热力学变换的功关系，W= Δ U，其中W是功，U是内能。
2020-05-13 cond-mat.stat-mech
Inferring equilibrium transition rates from nonequilibrium protocols
本文提出基于随机热力学的理论，利用Kawasaki关系和非平衡过渡态理论，从非平衡轨迹推断平衡转变速率，在多个维度示例中优于Bell定律方法，适用于分子模拟和力谱实验。
2022-08-10 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Direct measurement of nonequilibrium system entropy is consistent with Gibbs-Shannon form
随机热力学将经典热力学扩展到与一个或多个热浴接触的小系统。它可以解释热涨落的影响，并描述远离热力学平衡的系统。一个基本的假设是，香农熵的表达式是在这样的设置非平衡系统的熵的适当的描述。在这里，我们第一次通过实验测量这个函数。我们的系统是一个微米级的胶体粒子在水中，在一个虚拟的双势阱的反馈陷阱。我们测量的工作，以消除一个比特的信息的一小部分，并表明它是有界的香农熵的两个状态系统。此外，通过直接测量慢协议的可逆性，我们可以明确区分协议，可以和不能达到预期的热力学界限。
2017-05-25 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Thermodynamics of Amorphous Materials III: Shear-Transformation-Zone Plasticity
我们使用的内部变量，有效温度热力学在前面的两篇论文重新制定的剪切转变区（STZ）理论的非晶塑性。根据前面分析的要求，我们对STZ内部自由度的能量和熵进行了显式近似。然后，我们表明，热力学第二定律约束的STZ转变速率有一个Eyring形式作为有效温度的函数。最后，我们推导出一个运动方程的STZ动力学的情况下的有效温度。
2009-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Exact solution of a class of one-dimensional nonequilibrium stochastic models
我们考虑各种一维非平衡模型，即{ \it扩散限制对湮灭和创建模型}（DPAC）及其无偏版本（Lushnikov模型），DPAC模型与粒子注入（DPACI），以及（偏置）扩散限制凝聚模型（DC）。我们研究的DPAC模型使用的方法的基础上的对偶变换和生成函数的对偶模型。在一般情况下，我们能够精确地计算任意初态的密度函数和关联函数。此外，我们假设源在系统中注入粒子。通过对偶变换，求解密度运动方程和非瞬时两点关联函数，我们看到了源如何影响动力学。最后我们借助{ \it相似变换}将前面的结果推广到DC模型。
2001-03-26 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium information erasure below kTln2
朗道原理指出，信息擦除需要散热。兰道尔最初的结果集中在平衡记忆上。在这里，我们调查的信息存储在一个非平衡态的对称两态存储器的复位。我们推导出一个非平衡广义的擦除原理，并证明了相应的界限上的工作和热量可以减少到零。我们进一步介绍复位协议，利用初始准备的能量和熵，使达到这些非平衡界限。最后，我们提供了支持这些研究结果的光学悬浮纳米球存储器的现实参数的数值模拟。我们的研究结果表明，局部耗散无信息重置是可能的远离平衡。
2018-06-04 cond-mat.stat-mech
Entropy production in nonequilibrium thermodynamics: a review
如果系统可以经历涉及静态非平衡的变换，那么熵可能是一个定义不好的概念。它可能类似于在非等容（即涉及机械功）的变换中的热含量（曾经被称为“热量”）：它可能只是一个可以传递或产生的量，就像平衡中的热一样。本文首先回顾了最近提出的非平衡稳态系统熵产生定义背后的哲学。通过定态的变分性质来定义定态熵的详细技术尝试如下：结果的不令人满意的方面增加了赞成不存在状态函数的论据，以确定熵;同时出现了相空间收缩的新方面和性质。
2004-04-29 cond-mat.stat-mech
Analysis of slow transitions between nonequilibrium steady states
非平衡稳态之间的转变服从广义克劳修斯不等式，该不等式在准静态极限下变为等式。对于缓慢但有限的过渡，我们表明，该系统的行为是由一个响应矩阵的元素是由一个远离平衡格林-久保公式，涉及衰减的相关性评估的非平衡稳态。这一结果导致非绝热熵产生的平均值和方差之间的波动耗散关系，$Δs_{\rm na}$。此外，我们的研究结果扩展-非平衡稳态-的热力学度规结构引入Sivak和克鲁克斯分析最小耗散协议之间的过渡平衡态。
2015-07-22 cond-mat.stat-mech
Generalized relation between the relative entropy and dissipation for nonequilibrium systems
最近，Kawai，Parrondo和Van den Broeck将耗散与时间反演不对称性联系起来。我们推广的结果，考虑一个协议，其中的物理系统是从一个初始的热平衡状态与温度$β_0$的最终热平衡状态在不同的温度驱动。我们使用具有精确解的模型来说明结果，即，一个运动的一维谐振势阱中的粒子
2010-11-22 cond-mat.stat-mech
Diffuse-interface model for rapid phase transformations in nonequilibrium systems
本文提出了一种研究二元系扩散界面快速相变的热力学方法。假设一个扩展的一组独立的热力学变量的联盟形成的经典的慢变量和空间的快变量，我们引入有限的热量和溶质扩散传播的界面前进的有限速度。为了描述扩散界面内的相变，我们使用相场模型，该模型允许我们跟踪扩散界面宽度内的陡峭但平滑的相变。双曲线模型，记忆模型，和扩散界面内的非线性演化的模型的相场模型的控制方程推导。利用正熵产生条件和涨落耗散定理的结果证明了模型的一致性。与现有的尖锐接口和扩散接口版本的模型进行了比较。
2004-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium thermodynamics as a gauge theory
我们假设有限图上的马尔可夫动力学在概率密度的局部标度下具有规范对称性，导出了跃迁率的变换律，并将热力学力解释为规范势。一个被广泛接受的系统总熵产生的表达式是吉布斯熵的时间导数的最简单的规范不变完备化。我们表明，过渡率可以给出一个简单的物理表征方面的局部详细平衡的热库。因此，克劳修斯沿着循环变换的不可逆性度量是几何相位。在这幅图中，规范对称性是由于先验概率选择的任意性而产生的。热力学依赖于观察者可以随意处理的信息，而热力学则不然。
2011-11-24 cond-mat.stat-mech
Quasi-potentials in the Nonequilibrium Stationary States or a method to get explicit solutions of Hamilton-Jacobi equations
我们假设一个系统在介观尺度描述的场$ϕ(x,t)$的朗之万方程的白噪声，其强度由一个参数$1/\sqrtΩ$控制的演变。在小噪声极限（$Ω\rightarrow\infty$）下的系统定态分布具有$P_{st}[ϕ]\simeq\exp(-ΩV_0[ϕ])$的形式，其中$V_0[ϕ]$称为{ \it准势}。$V_0$是Hamilton-Jacobi方程的未知数。因此，$V_0$可以被写为沿着路径计算的动作，该路径是通常不能显式求解的汉密尔顿方程的解。本文提出了一种理论方案，建立一个合适的规范变换，使我们能够这样做的整合变形成一条直线的原始路径。我们表明，这是可以做到的，当一组条件的规范转换和模型的动态满足。在这种情况下，我们可以用代数方法得到拟势。我们将该格式应用于扩散和反应扩散系统等几个一维非平衡模型。
2021-11-04 cond-mat.stat-mech
Efficient free energy profile reconstruction using adaptive stochastic perturbation protocols
Jarzynski非平衡功关系在自由能计算中的应用受到了限制，因为当耗散很高时，估计的收敛速度很慢。提出了一种新的扰动方案，能够改善Jarzynski估计的收敛性时，它被应用于重建的平均力的潜力。这种改进是基于自适应外功变化的应用，除了由热波动引起的。
2007-12-31 cond-mat.stat-mech
A Nonequilibrium Variational Polaron Theory to Study Quantum Heat Transport
基于对具有有效温度的非平衡稳态（NESS）的分析，我们提出了一种非平衡变分极化子变换来研究纳米尺度下的量子热输运。通过将变分极化子变换主方程与全计数统计相结合，我们将极化子框架的适用性扩展到了超欧姆浴模型之外的非平衡过程.在此之前，基于极化子的量子热输运框架完全简化为欧姆浴模型的非相互作用光点近似（NIBA）形式主义，这是由于与全极化子变换相关的红外发散问题。非平衡变分法使我们能够适当地处理红外发散的低频浴模式，并明确地包括跨浴相关效应。这些改进提供了更准确的计算热流比NIBA形式主义欧姆浴模型。我们说明了上述改进与非平衡自旋玻色子模型在这项工作中，并定量地证明了跨浴相关，电流周转，和整流效应的量子传热。
2019-07-03 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Universal energy-speed-accuracy trade-offs in driven nonequilibrium systems
本文针对外部控制器不完美的非平衡驱动系统，推导出耗散功的渐近紧致下界，该下界在最优驱动时退化为热力学速度极限，并结合最优输运流匹配方法实现可扩展的最小耗散协议优化。
2024-12-29 cond-mat.stat-mech
Optimal Control of Periodic Nonequilibrium Mechanochemical Systems via Automatic Differentiation
Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）
本研究通过自动微分Fokker-Planck模拟，为周期分子机器设计非平衡控制策略，明确了减少机械热与化学热的控制协议，揭示了非平衡系统高效驱动的设计原理。
2026-09-04 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Steps minimize dissipation in rapidly driven stochastic systems
由控制参数（控制协议）的快速变化驱动的微米级和纳米级系统消耗大量能量。在快速协议的限制，我们发现，在固定的持续时间最小化耗散的协议是普遍的两步过程，跳转到和从一个点，平衡跳跃大小与快速放松。跳跃协议可以利用分子机器或热力学计算来提高能量效率，并在非平衡自由能估计中实现以提高精度。
2021-08-05 cond-mat.stat-mech
Optimal discrete control: minimizing dissipation in discretely driven nonequilibrium systems
微观机器利用自由能来创造和维持几乎所有生物的非平衡组织。这通常采取的形式是通过一系列涉及小分子结合、化学催化和解结合的反应，将储存在非平衡化学电势差中的自由能转化为有用功。这样的化学反应发生的时间比它们诱导的蛋白质构象重排快得多。在这里，我们通过一系列这样的有效的瞬时（因此离散）扰动，推导出驱动系统脱离平衡的能量成本。这种分析显着概括了以前建立的结果，并提供了深入了解定性，以及定量方面的有限时间，最小耗散离散控制协议。我们比较我们的理论形式主义，一个完全可解的模型系统，也证明了耗散减少可实现在一个简单的多稳态模型的离散驱动的分子机。
2019-05-10 cond-mat.stat-mech
Optimal protocols for slowly-driven quantum processes
有效的量子信息处理设计将依赖于受驱动量子系统的最佳非平衡跃迁。基于最近开发的计算有限时间驱动经典系统最优协议的几何框架，我们构建了一个优化驱动量子系统平均信息熵的一般框架。具有半正定度量的参数流形上的测地线对应于在有限时间内最小化平均信息熵产生的协议。我们使用这个框架来明确地计算一个简单的两态量子系统耦合到一个热浴的玻色子振荡器，它有应用到量子退火的最佳熵产生。
2015-08-26 cond-mat.stat-mech
Finite relaxation protocols with minimal dissipation
Carleton College（卡尔顿学院）；Santa Fe Institute（圣塔菲研究所）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；Complexity Science Hub（复杂性科学中心）
本文针对有限N个中间哈密顿量的猝灭-弛豫方案，确定了使耗散功最小的猝灭序列，将其应用于光阱和酶催化反应模型，获得了功提取下界并揭示了相关分布特性。
2026-08-27 cond-mat.stat-mech
Optimal active engines obey the thermodynamic Lorentz force law
NSF-Simons National Institute for Theory and Mathematics in Biology（NSF-西蒙斯生物理论与数学国家研究所）；Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校物理系）；Redwood Center For Theoretical Neuroscience, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校红woods理论神经科学中心）；Department of Physics and Astronomy and the Center for Soft and Living Matter, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学天体物理学与天文学系及软物质与生命物质中心）；Department of Neuroscience, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校神经科学系）
通过将有限时间功提取问题重写为洛伦兹力拉格朗日作用量，证明最优协议满足热力学状态空间中的洛伦兹力定律，并揭示F1分子马达的恒速角钳协议是全局最优的。
2026-10-16 cond-mat.stat-mech
Estimating equilibrium ensemble averages using multiple time slices from driven nonequilibrium processes: theory and application to free energies, moments, and thermodynamic length in single-molecule pulling experiments
最近发现的统计力学的身份，使平衡系综平均计算驱动非平衡过程的实现，包括单分子拉实验和类似的计算机模拟。收集大型数据集的挑战促使人们追求最大限度地利用现有信息的有效统计估计。沿着这些思路，Hummer和Szabo开发了一个估计器，该估计器结合了沿驱动非平衡过程的多个时间切片的数据，以计算平均力的潜力。在这里，我们概括了他们的方法，从多个时间片汇集信息来估计任意的均衡预期。我们的表达式可以与路径集成平均值的估计，包括现有的最佳估计，使用单向和双向协议收集的数据相结合。我们证明了估计通过计算自由能，矩的聚合物扩展，和度量张量的热力学长度在一个模型单分子拉伸实验。与仅使用单个时间片的估计器相比，我们的多个时间片估计器产生了更平滑的估计，并实现了更低的高阶矩方差。
2010-10-26 cond-mat.stat-mech
Optimal protocols and the Jarzynski equality
雅辛斯基等式是一个广为人知且广泛使用的恒等式，它将系统两个状态之间的自由能差与两个状态之间的任意非平衡变换所做的功联系起来。尽管是有效的随机和确定性的系统，我们表明，确定性的情况下的最佳转换协议似乎不同于预测的随机动力学分析。此外，它表明，在某些情况下，更多的耗散过程有时可以导致更好的数值结果的自由能差。
2013-12-04 cond-mat.stat-mech
Network protocol scalability via a topological Kadanoff transformation
基于与理论物理中的Kadanoff变换和重整化群的类比，提出了一种自然的网络拓扑抽象层次框架。重规范化组的一些属性与网络路由协议（交互）的可扩展性属性具有相似性。我们的抽象的核心是两个紧密相连的和互补的路径多样性单位：简单的循环，循环邻接。一个递归的网络抽象过程，连同一个相关的通用递归路由协议家族，提供了许多理想的功能。
2008-03-26 cond-mat.stat-mech cs.NI
Exact equalities and thermodynamic relations for nonequilibrium steady states
本文研究在非平衡条件下，物理系统中使一个非平衡稳态（NESS）变为另一个NESS的热力学操作。我们通过一个合适的马尔可夫跳过程的系统建模，并根据外部代理不同的马尔可夫过程的参数的协议处理热力学操作。然后，我们证明，除其他关系，一个NESS版本的Jarzynski平等和扩展克劳修斯关系。后者可以作为NESS热力学的一个出发点。我们还发现，相应的非平衡熵有一个微观表示的对称香农熵的系统中的微观描述的状态涉及“动量”。所有结果在数学上都是严格的。
2014-12-25 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Optimal control with a strong harmonic trap
二次捕获势被广泛用于实验探测生物聚合物和分子机器，并在操纵分子动力学模拟中驱动跃迁。近似能量景观局部二次，我们设计多维捕获协议，最大限度地减少耗散。所设计的协议易于求解，适用于广泛的系统。近似不依赖于快速或缓慢的限制，是有效的任何时间提供的捕获潜力是足够强的。我们证明了实用程序的设计协议与一个简单的模型，周期性驱动的旋转电机。我们的结果阐明了有效的单分子操纵和有效的非平衡自由能估计的原则。
2022-08-09 cond-mat.stat-mech
Controlling transitions between nonequilibrium states through active bath engineering
University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；Institut de Sciences et d’Ingénierie Supramoléculaires, University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学超分子科学与工程研究所）；Laboratoire de Physique de l’ENS de Lyon, CNRS, ENS de Lyon（里昂高等师范学院物理实验室，法国国家科学研究中心）；Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg（斯特拉斯堡材料物理与化学研究所）；City University of Hong Kong（香港城市大学）
该研究以噪声色为控制参数开发协议，通过实验实现主动非平衡稳态间的快速转变，同时揭示了有限时间转变的速度极限及优化方向。
2026-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pareto-optimal control strategies in intrinsically nonequilibrium systems
Universidade de São Paulo, Instituto de Física（圣保罗大学物理研究所）；Niels Bohr International Academy, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔学院尼尔斯·玻尔研究所）
针对本质非平衡系统，提出多目标热力学控制框架，通过帕累托前沿映射最优控制策略，发现最优协议由平滑分支和边界跳跃组成，且目标权重与物理参数结合成单一内在尺度决定权衡，该尺度参数化整个前沿并定义控制等价类。
2026-06-24 cond-mat.stat-mech
Elastic Forces Drive Nonequilibrium Pattern Formation in a Model of Nanocrystal Ion Exchange
化学转化，例如离子交换，通常用于改性可固化组合物。然而，这些转变的机制，往往运作远离平衡，并需要混合不同的化学物种，仍然知之甚少。在这里，我们探索一个理想化的离子交换模型，其中化学势驱动成分缺陷在晶体表面积累。这些杂质随后向内扩散。我们发现，在一个组成不纯的晶体网站之间的相互作用的性质强烈影响交换轨迹。特别地，伴随晶格失配物质的弹性形变促进组合物中的空间调制图案。这些相同的图案可以在核/壳纳米晶体中平衡产生，其结构模仿在非平衡轨迹中观察到的瞬态图案。此外，这种纳米晶体的核经历相变-从调制到非结构化-随着壳的厚度或刚度减小。我们的研究结果有助于解释在离子交换产生的异质结构纳米晶体中观察到的各种图案，并提出了合理设计组合图案化纳米材料的原则。
2021-08-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Speed-accuracy relations for diffusion models: Wisdom from nonequilibrium thermodynamics and optimal transport
Department of Mathematical Engineering and Information Physics, School of Engineering, The University of Tokyo（数学工程与信息物理系，工学院，东京大学）；Department of Earth and Planetary Physics, School of Science, The University of Tokyo（地球与行星物理系，理学院，东京大学）；Preferred Networks Inc.（Preferred Networks公司）；Universal Biology Institute, Graduate School of Science, The University of Tokyo（生物科学研究所，研究生院，东京大学）
本研究借助随机热力学技术推导扩散模型的速度-精度关系，结合最优输运理论的2-瓦瑟斯坦测地线提出最优学习方案，并通过数值实验验证了关系的有效性与方案的实际应用价值。
2026-10-26 cond-mat.stat-mech cs.LG stat.ML
Surfing on a critical line: Rejuvenation without chaos, Memory without a hierarchical phase space
玻璃材料的动态行为显示出强烈的非平衡效应，例如简单协议中的老化，更详细的实验中的记忆，复兴和Kovacs效应。我们表明，这种现象可以很容易地理解的非无序系统的非平衡临界动力学的背景下，主要成分是存在一个无限的平衡相关长度。作为一个例子，我们分析研究的行为的二维XY模型提交的温度协议类似的实验。这表明，典型的玻璃效果可以通过“冲浪的临界线”，而不调用温度混沌的概念，也不存在一个层次的相空间，而不是以前的理论方法。最后讨论了这种唯象方法与玻璃态动力学的相关性。
2002-01-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
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
Optimal Control of the F${_1}$-ATPase Molecular Motor
F $_{1}$ -ATP酶是一个旋转的分子马达，\emph{in vivo}受到很强的非平衡驱动力.有很大的兴趣，了解其高效率的自由能转换的操作原理。在这里，我们使用一个近平衡的框架来设计一个非平凡的控制协议，以尽量减少在旋转F $_{1}$合成ATP的耗散。我们发现，所设计的协议需要更少的工作比一个天真的（恒速）协议在广泛的协议持续时间。我们的分析指出了一个可能的机制，积极有效的驱动F $_{1}$ \emph{in vivo}，并提供了深入了解自由能转导更广泛的一类生物分子和合成机器。
2022-12-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Control of active field theories at minimal dissipation
本文针对活性非平衡系统提出热力学一致的优化框架，区分协议热与总热，发现总热存在全局最小值，并揭示稳态耗散景观调控最优控制策略的交叉。
2025-06-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
