Entanglement and Irreversibility in the Approach to Thermal Equilibrium
当物理系统与非常大的热浴接触时，它经历耗散（即，一种明显不可逆的）导致热平衡的过程。这个动力学过程可以在量子物理学中完全描述，只涉及幺正的，因此是可逆的映射。最初存在于系统中的信息不会被擦除，但由于纠缠而在浴中被稀释。如果在量子信息被这样稀释之后，一些经典信息丢失了，那么不可逆性就可能出现。本文回顾了一个模型的热化，显示这些功能。两个新的分析结果提供了零温度通道：一个新的量化措施的纠缠，和不可逆性的情况下，丢失的经典信息的标签在浴中的粒子的研究。
2007-07-06 quant-ph
An approach to study the adiabaticity and irreversibility in the TDHO
Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）
本文研究了时间依赖量子谐振子中绝热性和不可逆性的关系，并通过分析非准静态演化中的热力学行为，探讨了量子热化过程及经典到量子转变的可能性。
2026-09-04 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
Universal tradeoff relations between resource cost and irreversibility of channels: General-resource Wigner-Araki-Yanase theorems and beyond
该研究在量子资源理论框架下证明了量子信道资源成本与不可逆性的普适权衡关系，推导了能量/自由能成本权衡、拓展版Wigner-Araki-Yanase定理等关键结论，揭示了量子性与不可逆性的普遍关联。
2025-07-31 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Events as Spacetime Anchors: Local Irreversibility at the Interface of Quantum Field Theory and Relativity
Tsinghua University（清华大学）
研究探讨量子场论与相对论中事件锚定问题，提出以事件为中心框架，通过局部经典化等三个条件表征事件锚定，在重复碰撞开放系统模型中实现，该框架解决事件何时成稳定时空事实问题，与标准理论兼容且不涉及事件生成相关问题。
2026-07-16 quant-ph
The Second Law of Thermodynamics under Unitary Evolution and External Operations
一个孤立量子系统中热力学熵的微观定义必须满足（i）可加性，（ii）可拓性和（iii）热力学第二定律。我们表明，对角熵，这是香农熵的能量本征基在每个时刻，满足前两个要求，第三个要求是满足的，如果一个任意的外部操作是在典型的时间进行。根据对角熵，热力学不可逆性来自以下事实：哈密顿动力学限制了幺正演化下的量子轨道，并且外部操作是在不参考系统微观状态的任何特定信息的情况下进行的。
2014-01-13 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Irreversibility and the Arrow of Time
在量子理论的一般形式下，研究了各种物理系统演化中的不可逆性和时间之箭。不可逆的行为经常以熵产生的形式表现出来。这促使我开始这篇论文的简要回顾量子力学熵，一个主题，埃利奥特利布作出了杰出的贡献，其次是列举的例子，不可逆行为和一个箭头的时间分析在后面的部分。随后，推导出的热力学定律从（量子）统计力学，特别是热力学第二定律，在形式上给它的克劳修斯和卡诺，提出。在第三部分中，回顾了量子粒子与准自由量子力学热浴相互作用的扩散（布朗）运动的结果。其次是一个轮廓的摩擦理论的发射切伦科夫辐射的声波在一个系统组成的粒子移动通过一个玻色-爱因斯坦凝聚体和相互作用it.In可能是最重要的部分本文中，基本箭头的时间固有的量子力学进行了讨论。
2022-02-09 math-ph math.MP quant-ph
Macroscopic Irreversibility in Quantum Systems: Free Expansion in a Fermion Chain
Gakushuin University（学习院大学）
研究证明在量子系统中，自由膨胀过程导致宏观密度分布趋于均匀，揭示了量子力学中不可逆行为的出现，无需引入随机性。
2025-05-25 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Loschmidt echo in many-spin systems: a quest for intrinsic decoherence and emergent irreversibility
如果在相互作用自旋的晶体中局部注入磁极化过剩，这种“激发”将作为自旋-自旋相互作用的结果而扩散。这种明显不可逆的过程被称为自旋扩散，它可以使系统回到“平衡”状态。即便如此，幺正量子动力学将确保非平衡初始条件的精确记忆。然后，如果在某个时刻，比如说$t/2$，一个实验方案逆转了多体动力学，它将驱动系统回到时间$t$的初始非平衡态。事实上，这种逆转总是受到小的实验缺陷和/或不受控制的内部或环境自由度的干扰。这限制了在时间$t$本地恢复的信号$M(t)$的量。$M(t)$的退化解释了这些扰动，这也可以被看作是退相干的来源。这个想法定义了洛施图回波（LE），它体现了在核磁共振中实现的各种时间反演过程。在这里，我们提出了一个邀请的研究LE以下的实验诱导的途径。有了这样一个目的，我们提供了一个历史和概念的概述，简要地回顾了选定的现象，LE动力学的基础，最终导致讨论的不可逆性作为一个新兴的现象。此外，我们通过自旋-自旋关联函数介绍了LE形式主义，我们提出了新的结果，可能会引发新的实验和理论思想。特别是，我们建议将最初本地化的激发转换成一个更复杂的初始状态，使动态准备LE。这导致了一个全球性的定义LE在多体波函数之间的原始重叠。我们的研究结果表明，随着准备状态的复杂性增加，它变得更加脆弱的小扰动。
2017-02-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Irreversible work and inner friction in quantum thermodynamic processes
我们讨论了封闭量子系统的热力学驱动平衡的变化，在一个控制参数，并经历一个单一的过程。我们比较了实际上做的工作的系统，将沿着理想的绝热和等温变换进行。与后者的比较导致不可逆功的引入，而与前者的比较导致内摩擦的引入。我们表明，这两个量可以同等对待，因为两者都可以与热化过程中的热交换，都可以表示为相对熵。此外，我们表明，一个特定的涨落关系的熵产生与内摩擦存在，这使得内摩擦可以写在其累积量。
2014-07-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Temporal Coarse-Graining as the Origin of Macroscopic Friction in Quantum Spin Chains via Data-Driven Liouvillian Extraction
Graduate School of Science and Engineering, Yamagata University（山形大学理工学研究科）
本文通过数据驱动方法揭示量子自旋链中宏观摩擦的起源，发现摩擦和粘性源于观测时间粗粒化，而非绝对属性。
2026-07-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Irreversibility, equilibrium and measurement in quantum mechanics
University of Oxford（牛津大学）；University College London（伦敦大学学院）
研究量子力学不完整问题，基于具有连续谱的量子系统，解释其与热力学第二定律不一致及测量问题，通过孤立系统的时间对称性破缺等实现平衡，测量过程符合投影假设，数学结构类似经典遍历理论。
2026-09-10 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Random-matrix reduction in projective quantum mechanics: Numerical simulations
University of Wisconsin–Milwaukee（威斯康星大学密尔沃基分校）
通过数值模拟验证随机矩阵态约化框架，展示各向同性扩散、Born规则频率和宏观牛顿运动等特征，并比较GUE与GOE哈密顿量。
2026-06-18 quant-ph
Thermodynamic Irreversibility from Inaccessible Endogenous Quantum Histories
International Centre for Theory of Quantum Technologies, University of Gdańsk（格但斯克大学量子理论国际中心）
该研究探究孤立有限系统的热力学不可逆性，推导熵率并分离熵扩散与返回流，发现不可逆性源于信息无法组织恢复宏观有序的流，而非微观信息丢失。
2026-09-04 quant-ph
Time-Loop Formalism for Irreversible Quantum Problems: Steady State Transport in Junctions with Asymmetric Dynamics
非幺正量子力学在过去被用来研究各种物理系统中的不可逆性、耗散和衰变。在这封信中，我们提出了一个通用的计划来处理由非厄米哈密顿系统。我们认为，Schwinger-Keldysh形式主义给出了一个自然的描述这些问题。为了阐明这种方法，我们研究了一个简单的模型，灵感来自介观物理-一个不对称的结。该系统是由一个非厄米哈密顿捕捉不可逆性的基本方面。
2007-09-29 cond-mat.mes-hall hep-th physics.atom-ph
Superadiabatic quantum friction suppression in finite-time thermodynamics
热力机械的最佳性能通过抑制摩擦来实现。量子热力学中的摩擦是由产生非绝热激发的快速驱动方案引起的。量子器件的远离平衡态的动力学可以通过绝热性的捷径来抑制量子摩擦。实验证明了以囚禁的幺正费米气体为工质的无摩擦超绝热冲程，并建立了超绝热平均功与其绝热值之间的等价关系。
2017-11-02 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Quantum finite-time thermodynamics: insight from a single qubit engine
将时间转化为热力学允许解决效率和功率之间的权衡。量子比特引擎作为一个玩具模型，以开放系统的量子理论为基础，从第一原理出发研究这种权衡。我们研究了不可逆性的量子起源，起源于热输运，量子摩擦和热化存在的外部驱动。我们构造各种有限时间发动机循环的基础上的奥托和卡诺模板。我们的分析强调了相干性的作用和熵产生的量子起源。
2020-09-06 quant-ph
What condensed matter physics and statistical physics teach us about the limits of unitary time evolution
宏观粒子数的薛定谔方程在波函数中是线性的，是确定的，在时间反演下是不变的。相比之下，统计物理学和凝聚态物理中使用的概念和计算涉及随机性、非线性、不可逆性、自上而下效应和经典物理学的元素。本文分析了凝聚态物理和统计物理中的几种方法，并说明它们是如何从根本上与薛定谔方程的上述性质不相容的。调和这些方法到幺正量子力学所提出的问题与量子测量问题是类似的类型。因此，本文认为，而不是旨在调和这些对比，应该使用它们来确定量子力学的限制。热波长和热时间表明了这些限制对于构成热自由度的（准）粒子的位置。
2019-08-27 cond-mat.other quant-ph
Irreversible Work and Internal Friction in a Quantum Otto Cycle of a Single Arbitrary Spin
我们提出了一个任意驱动的自旋作为工作流体的量子奥托循环存在的内部摩擦。详细分析了不同控制场分布产生的循环绝热分支的总分配时间对可提取功和热效率的影响。内耗以超额熵产生为特征，并通过量子相对熵研究实际么正过程与无限长么正过程的接近程度来定量确定。研究发现，非理想的有限时间绝热变换对量子热机的功输出和热效率有负面影响。阐明了系统的功输出、热效率、熵产生和内耗与总绝热时间的非单调关系。我们还发现，在很短的绝热时间内，可以得到几乎无摩擦的小熵产生的绝热变换。
2016-07-01 quant-ph
High-order splitting of non-unitary operators on quantum computers
Centre for Quantum Science and Engineering, University of Manchester（曼彻斯特大学量子科学与工程中心）；Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of Manchester（曼彻斯特大学机械与航空航天工程系）；Institute of Thermodynamics and Fluid Mechanics, Ilmenau University of Technology（伊尔梅瑙工业大学热力学与流体力学研究所）
该研究提出了一种高阶算子分裂方法，利用复系数产品公式在量子计算机上高效模拟耗散动力学，通过实时间与虚时间的哈密顿演化实现高精度，适用于近期量子处理器。
2026-08-19 quant-ph
Thermodynamic and quantum entropy gain of frame averaging
我们讨论了一般酉映射U之后的泛非酉映射M，其冯诺伊曼熵增益与计算的热力学熵产生一致。对于多体量子库，我们证明了M可以是空间坐标系所有平移的平均。假设微观和宏观熵产生的一致性，导致帧平均的熵增益和相对熵之间的一个新的方程。我们的映射M与最近在量子参考系理论中使用的称为旋转的旧映射相一致。我们已经得到了相关的结果，我们简要地讨论了其中的一些。帧平均（旋转）的现实世界的不可逆性可能的相关性被提及。
2011-05-08 cond-mat.stat-mech gr-qc math-ph
Gamow vectors formalism applied to the Loschmidt echo
伽莫夫矢量已经被开发，以便给出量子衰变现象的数学描述。它们主要应用于辐射现象、散射和一些退相干模型。它们在描述量子不可逆过程和量子力学中的时间不对称性中起着至关重要的作用。在本文中，我们使用这种形式主义来描述一个众所周知的现象的不可逆性：Loschirt-echo。标准的方法认为，这种现象的不可逆性是在向后哈密顿量的一个附加项的结果。在这里，我们使用非埃尔米特形式主义，其中时间演化是非幺正的。此外，我们比较了这种现象与退相干的特征衰减时间。我们得出结论，Loschirton回波和退相干可以被认为是同一现象的两个方面，并且它们对应的特征时间之间存在数学关系。
2020-09-23 math-ph math.MP quant-ph
Experimental simulation of non-equilibrium quantum piston on a programmable photonic quantum computer
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Single Quantum B.V.（Single Quantum有限公司）；RISE Research Institutes of Sweden（瑞典RISE研究院）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
本研究利用可编程光子量子计算机实验模拟双玻色子量子活塞的非平衡动力学，揭示了不可区分性和多体干涉对量子功、耗散和熵生产的影响。
2026-03-11 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
Fundamental energy requirement of reversible quantum operations
朗道原理认为，任何计算都有不可避免的能量消耗，这种消耗与其逻辑不可逆程度成比例地增长。但是，即使是逻辑上可逆的操作，当在不同能级的物理处理器上运行时，也需要能量。在这里，我们量化了这种能量需求，提供了一个恒定的因素一致的上限和下限。我们从一个一般的量子资源理论的论点，这意味着，在一个错误~ $ε$内实现一个酉操作的初始资源需求的增长像$1/\sqrt ε$倍的操作产生的资源量。将这些结果应用于量子线路，我们发现，通过适当的设计，它们的能量需求可以与它们的时间复杂度无关。
2021-05-28 quant-ph
Thermodynamics and Fluctuations in Quantum Heat Engines under Reservoir Squeezing
本研究针对热压缩与冷热储库交替驱动的有限时间量子奥托热机，揭示储库压缩可提升热机性能与稳定性，提出基于囚禁钙离子单电子自旋的实验方案，为有限时间量子热机研究提供通用框架。
2023-05-04 quant-ph
Hilbert Space or Gelfand Triplet - Time Symmetric or Time Asymmetric Quantum Mechanics
内在微物理不可逆性是在指数衰减状态中观察到的时间不对称性。它由量子物理系统的哈密顿量$\QTR{it}{H}$生成的半群来描述，而不是由描述由于外部储存器或测量装置的影响而引起的不可逆性的Liouvillian $\QTR{it}{L}$生成的半群来描述。由$\QTR{it}{H}$生成的半群时间演化在Hilbert空间（HS）理论中是不可能的，HS理论只允许时间对称的边界条件和酉群时间演化。这导致了HS理论中衰变概率的问题。为了克服这些和其他问题（不存在的狄拉克kets）所造成的勒贝格积分的HS，一个扩展的HS的凝胶'fand三重，其中不仅包含狄拉克kets，但也广义本征向量的自伴$\QTR{it}{H}$与复杂的本征值（$E_R-iΓ/2$）和Breit-Wigner能量分布。这些伽莫夫态$ψ^G$具有时间非对称指数演化。我们可以从量子力学$\QTR{cal}{P}(t)=Tr(|ψ^G> < ψ^G|Λ)$的基本公式中推导出伽莫夫态衰变为$Λ$所描述的衰变产物的几率，在HS量子力学中该几率为零。从这个结果可以导出衰减率$\QTR{group}{\dot c}(t)$和共振散射和衰减现象学中使用的$\QTR{group}{\dot c}(0)$、$Γ$和寿命$τ_R$之间的所有标准关系。在玻恩近似中，我们得到狄拉克的黄金法则。
1997-12-18 quant-ph
Gauge-invariant thermodynamics of a finite-time quantum Otto engine
Institute of Physics, Federal University of Goiás（戈亚斯联邦大学物理研究所）；Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense（弗鲁米嫩塞联邦大学物理研究所）；Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo（圣保罗大学圣卡洛斯物理研究所）
研究有限时间量子奥托发动机，用Lipkin-Meshkov-Glick模型作工作介质，在规范不变量子热力学框架内推导热力学量表达式，分析循环与驱动速度、系统大小关系，揭示临界性影响，建立规范不变热力学等之间的联系。
2026-07-14 quant-ph
Machine learning the arrow of time in solid-state spins
Tsinghua University（清华大学）；Shanghai Qi Zhi Institute（上海人工智能实验室）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Polish Academy of Sciences（波兰科学院）
利用机器学习从固态自旋中识别时间之箭，通过量子电路和神经网络实现时间方向的识别与熵产分析
2026-03-11 quant-ph
Finite-time quantum Otto engine with a squeezed thermal bath: Role of quantum coherence and squeezing in the performance and fluctuations
考虑一个有限时间量子Otto热机，它由两个等容（热接触）过程和两个幺正驱动冲程组成，在等容过程中，系统交替地耦合到一个热的压缩热库和一个冷的热库，在幺正驱动冲程中，系统与这两个热库隔离，系统的冯诺伊曼熵保持恒定.量子内摩擦和相干都是沿着驱动冲程产生的，并且在有限时间热等容线之后相干不能被完全擦除。使用全计数统计，我们提出的概率分布函数的热注入和总的工作，每个周期，这是依赖于沿每个过程的持续时间。在此基础上，我们导出了包含相干、压缩、内摩擦和有限时间热交换效应的二能级热机的总功、热效率、熵产生和功涨落等热力学量的解析表达式。然后，我们数值确定的热力学量和波动使用的参数在实验中实施。我们的结果澄清了相干和压缩的作用，在量子奥托引擎的性能和波动。
2022-05-26 quant-ph
Experimental Demonstration of a Measurement-Feedback Quantum Information Engine
Quantum Information Institute, School of Physics and Laboratory of Zhongyuan Light, Zhengzhou University（郑州大学物理学院量子信息研究所中原光实验室）；Department of Physics, Nanchang University（南昌大学物理系）
本研究在俘获40Ca+离子系统中实验演示了测量反馈量子信息引擎，利用量子内摩擦打破效率-功率权衡，使引擎效率超越奥托极限，为信息转功量子引擎开辟了新途径。
2026-08-20 quant-ph
Trapped-atom Otto engine with light-induced dipole-dipole interactions
本研究理论探讨了具有光诱导偶极-偶极相互作用和投影测量的陷俘原子 Otto 引擎的有限时间运行，通过控制相互作用和调整驱动协议有效减少量子摩擦，显著提升了引擎的有限时间性能。
2024-01-29 quant-ph
Unraveling the Mystery of Quantum Measurement with A New Space-Time Approach to Relativistic Quantum Mechanics
本文提出相对论量子力学的新时空方法，系统解释量子测量的随机性、瞬时性、不可逆性和优先基问题，并将测量公理归结为更基本动力学理论的推论。
2024-08-10 physics.gen-ph quant-ph
Analytic Continuation Between Real- and Imaginary-Time Quantum Dynamics and the Fundamental Instability of Inverse Reconstruction
Bundesanstalt für Materialforschung and -prüfung (BAM)（联邦材料研究与测试研究所）
本文提出统一的谱半群框架，通过分析延续连接实时间和虚时间量子动力学，揭示谱结构如何统一控制重建保真度，并展示非厄米特和开放系统中不可逆性作为谱几何和尺度依赖特征。
2026-05-11 math-ph math.MP physics.app-ph
The deterministic dynamics of a single-particle quantum ensemble is equivalent to the stochastic one due to the indistinguishability of quantum particles
Tomsk State Pedagogical University（托木斯克国立师范学院）
量子粒子的不可区分性导致其确定性动力学等价于随机过程，通过布朗粒子碰撞的类比实现。
2026-03-09 quant-ph
