Stochastic thermodynamics with odd controlling parameters
随机热力学将经典热力学的概念和关系扩展到经历强烈波动的小系统。功、热的定义和微观可逆条件是当前随机热力学框架中的两个关键概念。本文将随机热力学应用于具有奇数控制参数的小系统，发现热的定义与微观可逆条件不相容。这种矛盾也导致了对涨落定理和非平衡功关系的修正。通过引入伴随动力学，我们发现总熵产生可以分为三部分，其中两部分满足积分涨落定理。修正功和热的定义以及微观可逆条件，使我们能够导出两组修正的非平衡功关系，包括Jarzynski等式、详细的Crooks功关系和积分的Crooks功关系。我们考虑的战略的捷径等温线作为一个例子，并给出了更复杂的解释Jarzynski式的平等来自捷径等温线。
2019-07-10 cond-mat.stat-mech
Validation of the Jarzynski relation for a system with strong thermal coupling: an isothermal ideal gas model
我们重新审视等温条件下的理想气体的范例。一个运动的活塞对一个容器中的理想气体做功，该容器与一个热源强耦合。热耦合是由随机散射的边界。与最近对带活塞的绝热理想气体的研究[R.C. Lua和A.Y. Grosberg，\textit{J. Phys. Chem. B} 109，6805（2005）; I. Bena等人，\textit{Europhys. Lett.} 71，879（2005）]，容器和活塞在工作过程中保持与热浴接触。在此条件下，热库和系统都依赖于功参量$λ$，活塞运动的微观可逆性被打破。因此，我们的模型不包括在一类系统中，对于这类系统，非平衡功定理已经由哈密顿量[C]严格推导出来。Jarzynski，\textit{J. Stat. Mech.} P09005（2004）]或随机方法[G.E. Crooks，\textit{J. Stat. Phys.} 90，1481（1998）]。然而，非平衡功定理的有效性被证实，无论是数值上的参数值的范围很广，并分析在一个非常快速移动的活塞的限制，即在远非平衡状态。
2008-07-31 cond-mat.stat-mech
Adiabatic processes like isothermal processes
本研究证明热孤立系统绝热过程与等温过程的线性响应理论相容性判据一致，发现热孤立系统可通过时间平均获得明确弛豫时间，还从新视角分析Landau-Zener模型并观测到负熵产率。
2023-06-16 cond-mat.stat-mech
Stochastic Stirling engine operating in contact with active baths
本文用随机能量学的方法对胶体粒子与非平衡液池接触的斯特林发动机进行了研究和分析。我们用非高斯持续噪声作用于胶体颗粒来模拟水浴。根据所选择的定义的等温转变在这个非平衡设置，我们发现，要么能量的发动机平行，其平衡对应，或者在最简单的情况下，它最终是效率较低。持久性，比非高斯效应，是负责这一结果。
2017-03-16 cond-mat.stat-mech
Exactly solvable model of stochastic heat engine: Optimization of power, its fluctuations and efficiency
研究了一种基于过阻尼粒子在外驱动的时间周期对数调和势中沿正实轴扩散的随机热机。周期驱动由两个等温和两个绝热分支组成。在我们的具体设置中，我们验证了最近的普遍结果，在最大功率的效率和讨论的最佳协议的属性。也就是说，我们表明，对于某些固定参数的最优协议不仅最大化输出功率，而且效率。此外，我们还计算了输出功的方差，并讨论了减小输出功率波动的可能性。
2014-04-08 cond-mat.stat-mech
Microscopic Work Distribution of Small System in Quantum Isothermal Process
对于二能级量子力学系统，我们从微观上导出了多步非平衡过程中微观功涨落的精确表达式，并严格证明了在等温过程中，微观功的涨落小到几乎为零，最几率的功正好等于自由能之差.我们的研究表明，等温过程中微观功的收敛性是由于等温过程的本质，而不是通常的热力学极限条件。我们的研究证明了即使对于远离热力学极限的小系统，第二定律的“最小功原理”表述也是有效的。
2008-06-15 cond-mat.other cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastically driven single level quantum dot: a nano-scale finite-time thermodynamic machine and its various operational modes
我们将与两根引线接触的单能级量子点描述为纳米级有限时间热力学机器。点是由外部随机力驱动的，该力在两个值之间切换其能量。在等温状态下，它可以通过响应于随机驱动而产生对抗所施加的偏压的电流并在反向循环中重新传递功来作为可再充电电池操作。这种行为让人想起了Parrondo悖论。如果存在热梯度，则该装置可以用作产生功的热机，或者用作经由随机驱动的功输入从冷储存器提取热量的制冷机。机器在最大功率输出的效率进行了调查，为每种操作模式，并确定了通用功能。
2012-03-14 cond-mat.stat-mech
Brownian duet: A novel tale of thermodynamic efficiency
我们分析计算了由两个时间周期力驱动的等温布朗发动机的随机热力学性质，包括其Onsager系数，每个力的随机功，以及相应的随机熵产生。我们验证了不同的操作制度，最大功率，最大效率和最小耗散之间的关系，并重现随机效率的签名功能。所有这些结果都是在胶体系统上进行的实验测试，没有可调参数。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Optimized Constant Pressure Stochastic Dynamics
最近提出的一种方法，用于计算机模拟的等温等压（NPT）系综，基于Langevin型运动方程的粒子坐标和“活塞”的自由度，是重新推导出直接应用的标准Kramers-Moyal形式主义。一个集成计划的开发，减少到一个时间可逆的辛积分器的极限摩擦消失。因此，该算法预计对于小摩擦是相当稳定的，允许大的时间步长。我们讨论了参数的最佳选择，并给出了一些数值试验结果。
1999-03-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Efficiency of isothermal active matter engines: Strong driving beats weak driving
我们研究使用单个活性粒子作为“工作介质”的微观引擎。驱动粒子定向运动所需的部分能量即使在恒温下也可以作为功回收。可以通过示意性地说明为定向运动提供动力的化学自由度来捕获广泛类别的合成活性颗粒，而不必解析精确的微观机制。我们推导出准静态热力学效率的分析结果，即，可用的化学能中可以作为机械功回收的部分。虽然这种效率对于胶体颗粒来说非常小，但随着耗散的增加而增加，超过线性响应范围，并且在大推进速度下达到最大值。我们的研究结果表明，驾驶超过线性响应制度的主动发动机的效率有重要的后果。
2022-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Heat leakage in overdamped harmonic systems
研究了过阻尼布朗调和系统中热漏的发生。精确计算了频率或温度突然变化时，与水浴进行的欠阻尼和过阻尼随机热交换。我们表明，欠阻尼热减少到相应的过阻尼表达式的限制大摩擦的等温过程。然而，我们确定，这不是情况下的等容变换。我们从微观上推导出额外产生的热泄漏，并将其起源与系统速度的初始松弛有关。我们的研究结果突出了过阻尼近似的局限性，在不断变化的浴温系统中的随机热的评估。
2017-07-20 cond-mat.stat-mech
Exact results for one dimensional stochastic cellular automata for different types of updates
研究了具有任意最近邻相互作用和任意开边界条件的一维随机元胞自动机的两种常见的非连续时间更新。我们首先使用矩阵乘积形式主义构造定态。然后，这种构造允许证明由两种不同类型的更新产生的静止状态之间的一般连接。使用这种连接，我们得到明确的密度和关联函数之间的关系，这些不同的定态。
1996-11-20 cond-mat.stat-mech
Single Particle Stochastic Heat Engine
我们对在含时调和势中操纵布朗粒子的单粒子随机热机进行了广泛的分析。该循环由两个不同温度下的等温步骤和两个绝热步骤组成，类似于卡诺发动机。发动机在惯性和过阻尼状态下表现出质的差异。所有的热力学量，包括效率，表现出强烈的波动，在一个时间周期的稳定状态。即使在准静态状态下，随机效率的波动也超过了平均值。有趣的是，我们的系统作为一个引擎提供的两个水库之间的温差大于一个有限的临界值，这反过来又取决于循环时间和其他系统参数。这是支持我们的分析结果进行了准静态政权。我们的系统作为发动机在大循环时间下工作更可靠。通过研究各种模型系统，我们观察到的操作特性是模型相关的。我们的结果清楚地排除了任何普遍的效率之间的关系，在最大功率和温度的浴。我们还验证了热机在时间周期稳态下的涨落关系。
2014-09-19 cond-mat.stat-mech
Field theories and exact stochastic equations for interacting particle systems
我们提出了一种新的方法来研究具有反应和扩散的相互作用粒子的动力学。从底层的离散随机跳跃过程，我们推导出一个一般的场论描述的密度场的动态，我们涉及到一个精确的随机方程的密度场。我们展示了我们的场论如何映射到原来的土井Peliti形式主义，使我们能够进一步澄清的问题，出现在反应/扩散过程的背景下的“想象”朗之万噪声。我们的程序适用于广泛的一类问题，并与最近开发的大偏差功能技术来描述波动的非平衡系统的流体动力学极限。
2006-02-13 cond-mat.stat-mech
Exact pairing correlations in one-dimensional trapped fermions with stochastic mean-field wave-functions
用精确方法研究了具有吸引零程赝势的自旋为1/2的费米子相互作用系统的正则热力学性质。密度算子被评价为从独立斯莱特行列式的随机平均场传播形成的并矢的统计平均值。对于简谐囚禁的费米气体和束缚在一维类环面中的费米子，我们观察到了具有类Cooper动量关联和代数长程序的准BCS态的跃迁.在旋转环面中，当被捕获的费米子很少时，可以分离出一个具有量子化环流的主导超流分量。
2003-11-28 cond-mat.stat-mech
Proposal of a realistic stochastic rotor engine based on electron shuttling
我们提出并分析了一种自主发动机，它结合了电子运输和自激振荡热机的思想。它是基于电子穿梭机制结合旋转自由度。我们特别关注的等温制度，其中化学功转换为机械功或反之亦然，我们特别注意使用参数估计可用的单组分的实验数据。我们的分析表明，对于这些参数，发动机已经非常稳定地工作，尽管效率中等。此外，它的优点是可以扩大规模，以增加功率并进一步减少波动。
2019-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Exact stationary state of a staggered stochastic hopping model
我们确定了具有反射边界的交错随机跳跃模型的$N$ -粒子定态。结果表明，定态实际上是所谓的最佳基态。对于任何$l$ -点密度关联函数的粒子数的递归关系将被导出。此外，反射边界和最佳基态的发生之间的连接进行检查。一个明确的反例表明，反射边界不强制的定态是一个最佳的基态。
2001-10-08 cond-mat.stat-mech
Exact solution of a stochastic protein dynamics model with delayed degradation
我们研究了蛋白质动力学的随机模型，明确包括延迟的降解。我们严格地推导出主方程的过程，并准确地解决它。我们表明，得到的平均值的方程不同于其他直观地提出和振荡行为是不可能在这个系统中。本文讨论了随机时滞系统中关联函数的计算问题，强调了它与马尔可夫过程的区别。精确的结果可以澄清随机性和延迟之间的相互作用。
2011-07-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Exact stochastic Liouville and Schrödinger equations for open systems
本文考虑了开放系统动力学方程的一种普遍形式，它自然地统一了经典和量子情形，并允许将波函数的概念推广到开放量子系统。导出了相应的随机薛定谔方程，并以量子导电沟道中的非弹性散射为例进行了说明。
2008-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Exact stochastic simulation of dissipation and non-Markovian effects in open quantum systems
耦合到环境的系统的精确动力学可以由其约化密度的积分-微分随机方程来描述。环境的影响被纳入通过一个平均场，这是随机的和非本地的时间和标准的两次关联函数的环境自然出现。由于没有近似，所提出的理论完全包含耗散和非马尔可夫效应。通过对自旋玻色子模型在不同耦合区和温度下的热浴耦合的数值模拟，表明所提出的随机理论是精确模拟开放量子系统动力学的有效工具。与随机薛定谔方程方法和可能的扩展到“虚时间”传播的链接进行了讨论。
2008-03-31 cond-mat.stat-mech nucl-th quant-ph
Exact results on the dynamics of the stochastic Floquet-East model
本文引入经典Floquet-East模型的随机推广，利用精确张量网络方法证明了其在长时大尺寸极限下的大偏差相变，并揭示了连续时间East模型的动力学疏水性。
2024-06-25 cond-mat.stat-mech nlin.CG
An exact mapping of the stochastic field theory for Manna sandpiles to interfaces in random media
我们表明，随机场论的定向渗流在存在一个额外的守恒定律（C-DP类），可以精确地映射到连续介质理论的弹性界面的脱钉在短程相关淬火无序。在通常研究的一条参数线上，这种映射导致最简单的过阻尼动力学。远离这条线，一个额外的记忆项出现在接口动态，我们认为，它不会改变的普遍性类。由于C-DP被认为描述了自组织临界性的Manna类，这表明Manna随机沙堆和无序弹性界面（即淬火的Edwards-Wilkinson模型）具有相同的普遍大尺度行为。
2014-10-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Modeling aggregation processes of Lennard-Jones particles via stochastic networks
通过将每个团簇尺寸$N$的能量景观映射到随机网络上，计算从$N$ -粒子团簇网络到$N+1$-粒子团簇网络的转移概率，并将这些网络连接成一个单一的联合网络，根据Lennard-Jones对势，我们模拟了粒子/原子相互作用的等温聚集过程。附着率是一个控制参数。所得到的网络表示多达14个粒子的聚合，包含{6427}个顶点。它不仅是时间不可逆的，而且是可还原的。为了分析其瞬态动力学，我们引入了预期的初始和预附着分布的序列，并计算它们在很宽的附着率和三个温度值。因此，我们在每个集群大小的聚合过程中找到了{最有可能被观察到的配置}。我们研究的附件的过程中，并进行结构分析的每一个集群大小的局部能量极小值集。我们发现，这两个过程发生在网络中，附件和放松，导致占主导地位的二十面体包装在小（最多14个原子）集群。
2017-04-11 cond-mat.stat-mech physics.atm-clus
Partition-free approach to open quantum systems in harmonic environments: an exact stochastic Liouville equation
我们提出了一种无分割的方法来研究耦合到简谐环境中的开放量子系统的密度矩阵的演化。结合两次Hubbard-Stratonovich变换的影响泛函形式主义，我们可以导出一组精确的微分方程的约化密度矩阵的开放系统，称为扩展的随机Liouville-von Neumann方程。我们的方法概括了以前的工作的基础上Caldeira-Leggett模型和分区初始密度矩阵。这为开放系统从平衡初始条件的演化提供了一个简单而精确的封闭形式描述。该模型的适用性和数值实现的潜力进行了讨论。
2017-01-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
On Integrability and Exact Solvability in Deterministic and Stochastic Laplacian Growth
我们回顾了经典和量子可积系统理论在流体力学自由边界问题以及相应的统计力学问题中的应用。我们还回顾了与Laplacian增长相关的随机模型的多重分形谱理论：Schramm-Loewner和Levy-Loewner演化中所获得的重要精确结果。
2019-07-24 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Gradient-based optimization of exact stochastic kinetic models
School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学工程与应用科学学院）
本文提出基于直通Gumbel-Softmax估计的方法，实现对精确随机动力学模型的梯度优化，用于参数推断和逆设计，展示了在基因表达和热力学中的应用效果。
2026-03-05 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph q-bio.QM
Exact lattice-based stochastic cell culture simulation algorithms incorporating spontaneous and contact-dependent reactions
在本文中，我们解决了建模问题的细胞运动和分裂，特别注重体积排斥现象在一个基于格子的，精确的随机模拟框架。我们提出了一种新的确切的方法，称为降低速率的方法- RRM，这是大大快于以前使用的排除法，大量的细胞。此外，我们还介绍了三种新的反应类型：接触抑制，接触促进和自发反应。据我们所知，这些反应类型还没有被考虑在基于格子的细胞培养的随机模拟。这些新类型的事件可以很容易地应用于复杂的系统，使生物学上可行的随机细胞培养模拟的产生。此外，我们表明，排除算法和我们的RRM算法在数学上是等价的，在这个意义上，下一个反应实现和相应的逗留时间都属于相同的反应和时间分布在这两种方法-即使与新引入的反应类型。精确的，基于代理的，细胞培养模拟的随机方法似乎被低估，主要用作基准工具，以验证相应的随机模型的确定性近似。我们提出的方法是准确的，它们易于实现，具有很高的预测价值，并可以方便地扩展新的功能。因此，这些方法具有很大的潜力。
2022-08-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.CB
