Quantum sampling on a quantum annealer for large volumes in the strong coupling limit for gauge group U(3)
本文将量子退火机在规范理论中的重要性抽样扩展至2维和4维大格点，生成强耦合极限下U(3)规范理论系综，结合Metropolis-Hastings算法计算热力学观测量，并与经典Monte Carlo模拟结果进行了基准对比。
2025-04-02 hep-lat quant-ph
Understanding the physics of D-Wave annealers: From Schrödinger to Lindblad to Markovian Dynamics
本研究分析了D-Wave退火炉的采样行为，通过标准与快速退火协议结合Bloch方程、Lindblad和Markovian主方程模拟，验证了其结果与Gibbs分布的一致性，揭示了量子力学在其中的作用。
2025-03-27 quant-ph
Classical Thermometry of Quantum Annealers
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；D-Wave Quantum Inc.（D-Wave量子公司）
本研究通过实验评估量子退火机的有效温度模型，发现需要非热效应修正，揭示了其在经典热力学实验中的可行性和非理想性。
2025-12-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Scalable effective temperature reduction for quantum annealers via nested quantum annealing correction
嵌套量子退火校正（NQAC）是用于量子退火的纠错方案，其允许将逻辑量子比特编码成任意大数目的物理量子比特。编码用度$C$的完整图替换每个逻辑量子位。嵌套级别$C$表示纠错码的距离，并控制针对热错误和控制错误的保护量。用D-Wave Two量子退火机（支持多达$512$量子比特）获得的理论平均场分析和经验数据表明，NQAC有可能用$η\leq 2$实现可扩展的有效温度降低$T_{\rm eff} \sim C^{-η}$。我们确认，当NQAC在D-Wave 2000 Q设备（支持高达$2048$量子位）上测试时，这种缩放是保留的。此外，我们表明，NQAC也可以用于采样问题，以降低量子退火的有效温度。这种有效的温度降低与机器学习应用相关。由于我们证明了NQAC通过有效降低量子退火设备的温度来实现纠错，因此我们的结果解决了“量子退火机的温度标度律”的问题，该问题需要降低量子退火机的温度，因为试图解决更大尺寸的问题。
2017-10-22 quant-ph
Effect of Quantum Statistics on Computational Power of Atomic Quantum Annealers
量子粒子统计从根本上控制粒子相互作用的方式，并在确定系统在低温下的性质方面起着至关重要的作用。在这里，我们研究量子统计如何影响量子退火的计算能力。我们提出了一个退火哈密顿描述量子粒子在正方形晶格上移动，并比较两个不同的组件：无自旋费米子和硬核玻色子之间的原子量子退火的计算性能。此外，我们以传统横向场量子涨落驱动的伊辛量子退火机为基线。我们的量子退火机解决组合优化问题的潜力证明随机3-正则图划分。我们发现，玻色子量子退火优于费米的情况下。玻色量子退火器的优越性能归因于更大的激发能隙和随之而来的更平滑的瞬时量子基态的绝热变换。沿着我们的退火时间表，玻色子量子退火器受玻璃阶数的影响较小，并且更有效地探索希尔伯特空间。我们的理论研究结果对利用光晶格中的里德伯原子构造原子量子退火器具有指导意义。
2022-09-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Unraveling Reverse Annealing: A Study of D-Wave Quantum Annealers
本文通过研究包含1000个量子比特的模型，分析了退火时间和反转距离等关键参数对D-Wave量子退火机反向退火行为的影响，揭示了量子与经典过程的相互作用，为用户充分利用其潜力提供了深入理解。
2025-02-12 physics.comp-ph quant-ph
Boltzmann Sampling of Frustrated J1 - J2 Ising Models with Programmable Quantum Annealers
Information Systems & Modeling, Los Alamos National Laboratory（信息系统与建模，洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Theoretical Division, Quantum & Condensed Matter Physics, Los Alamos National Laboratory（理论部，量子与凝聚态物理，洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Center for Quantum Computing, Los Alamos National Laboratory（量子计算中心，洛斯阿拉莫斯国家实验室）
该研究探究D-Wave量子退火器对ANNNI模型的玻尔兹曼采样能力，发现特定硬件参数可实现高精度低采样误差，验证了模拟量子计算机用于阻挫磁自旋系统热力学采样的可行性。
2026-08-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Towards solving the Fermi-Hubbard model via tailored quantum annealers
二维正方晶格上的费米-哈伯德模型（FHM）一直是量子硬件上模拟费米哈密顿量的重要实验平台和目标。我们提出了一种替代的量子模拟的FHM的绝热协议的基础上，可能是一个有吸引力的目标，为下一代的量子退火。我们的研究结果依赖于最近推出的低权重编码，允许FHM表示在泡利运营商的本地性最多为3。我们从理论上和数值上确定有前途的量子退火设置为相互作用的二维无自旋和自旋系统，使接近基态的解决方案与高保真度的系统一样大的$6\times 6$（无自旋）和$4\times 3$（自旋）。此外，我们证明了最小间隙的标度特性和分析的控制噪声的协议的鲁棒性。此外，我们确定并讨论了基本的实验要求，以构建短期退火硬件量身定制，以模拟这些问题。最后，我们进行了详细的资源估计所介绍的绝热协议，并讨论了这种方法相对于门为基础的方法，为近期平台的优点和缺点。
2022-07-28 quant-ph
Neural and Tensor Networks in the Study of Quantum Annealing Processors
Institute of Theoretical and Applied Informatics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院理论与应用数学研究所）
本文提出基于张量网络的优化方法和量子退火处理器的评估框架，结合经典基线、采样和多样性指标，探讨算法性能与物理消耗的联合测量。
2026-04-30 quant-ph
Computational Role of Collective Tunneling in a Quantum Annealer
量子隧穿是一种量子态穿越高于态自身能量的能垒的现象。Tunnel已被假设为优化的有利物理资源。在这里，我们提出了第一个实验证据的计算作用的多量子比特量子隧穿的可编程量子退火机的演变。我们基于NIBA量子主方程建立了一个理论模型来描述这种量子器件在复杂噪声特性下的多量子比特耗散隧穿效应。我们首先考虑一个计算原语，一个只包含一个全局最小值和一个假最小值的优化问题。量子演化使隧道到达全局最小值，而相应的经典路径被困在一个假的最小值。在我们的研究中，非凸势是通过具有强团内耦合的量子比特团簇的挫折网络来实现的。我们表明，量子环境的集体效应被抑制在“临界”阶段的量子隧穿“决定”的正确路径的解决方案的演变。在后一阶段，耗散促进了多量子比特隧穿，导致溶液状态。该模型的预测准确地描述了来自NASA Ames的D-Wave Two量子退火机的实验数据。在我们的计算原语中，量子模型中成功概率的温度依赖性与热跳跃的经典路径相反。具体来说，我们提供了一个16个量子位的优化问题的分析，展示了8个量子位隧穿，增加了成功的概率。此外，我们报告的结果更大的问题，高达200量子位，包含原始的子问题。
2015-02-19 quant-ph
Solving SAT and MaxSAT with a Quantum Annealer: Foundations, Encodings, and Preliminary Results
量子退火机（QAs）是一种专门的量子计算机，它通过物理上利用量子效应来最小化离散变量上的目标函数。目前的QA平台允许优化定义在二进制变量（量子位）上的二次目标，也称为伊辛问题。在过去的十年中，由D-Wave实现的QA系统随着摩尔式的增长而扩展。目前的架构提供了2048个稀疏连接的量子位，预计将继续呈指数级增长，同时连接性也会增加。我们探讨这种架构的可行性，解决SAT和MaxSAT的问题，QA系统的规模。我们开发的技术，有效地编码SAT -和，有一定的限制，MaxSAT-到伊辛问题与稀疏QA架构兼容。我们提供了这种映射的理论基础，并提出了编码技术，结合离线的可满足性和优化模理论，在飞行中的位置和路由。对当前一代2048量子比特D-Wave系统的初步经验测试支持该方法用于某些SAT和MaxSAT问题的可行性。
2018-11-06 cs.ET quant-ph
Leveraging Quantum Annealer to identify an Event-topology at High Energy Colliders
随着大型强子对撞机（LHC）的能量和亮度不断增加，我们有机会完全基于数据采取纯自下而上的方法。这将扩展我们对自然的理解范围，而不依赖于理论偏见。然而，如果使用基于经典计算机的算法，所需的计算资源将随着数据大小和事件的复杂性呈指数级增加。在这封信中，我们提出了一个简单的和动机良好的方法与量子退火来确定一个事件拓扑结构，一个图表来描述粒子的历史在大型强子对撞机产生。我们表明，计算复杂性可以显着降低到多项式的顺序，这使我们能够以非常清晰和有效的方式解码“大”数据。我们的方法实现了显着的改善，找到一个真正的事件拓扑结构，超过了两个因素相比，传统的方法。
2021-11-15 hep-ex hep-ph quant-ph
Quantum Annealing for Constrained Optimization
量子技术的最新进展导致了实验性可编程量子退火机的开发和制造，这些退火机有望比其经典类似物更快地解决某些具有实际意义的组合优化问题。这种设备对于许多理论和现实世界的优化问题的适用性，这些问题通常受到限制，受到设备量子位的稀疏，刚性布局的严重限制。传统上，通过向问题的哈密尔顿算子添加惩罚项来解决约束，这反过来又需要过度增加物理资源，同时还限制相互作用的动态范围。在这里，我们提出了一种在量子退火机上编码约束优化问题的方法，该方法消除了对惩罚项的需要，从而减少了所需耦合器的数量，并消除了对微小嵌入的需要，大大减少了所需物理量子比特的数量。我们认为所提出的技术的优点，并说明其有效性。最后，我们讨论了实验的可行性，建议的方法，以及它的潜力，大大减少了资源需求的量子退火机上实现优化问题，其意义在量子计算领域。
2016-05-30 quant-ph
Online calibration scheme for training restricted Boltzmann machines with quantum annealing
提出一种在线校准量子退火器内部参数的方案，使训练RBM的样本同时用于参数估计，样本质量媲美Gibbs采样且训练效果优于对比散度。
2025-02-17 cond-mat.dis-nn quant-ph
Modeling a frustrated Ising square lattice with the D-Wave Quantum Annealer
本研究在D-Wave量子退火器上实现含对角次近邻反铁磁相互作用的阻挫伊辛正方晶格模型，观测到三种磁相，分析了退火参数对解的影响及相变识别方法，并与经典计算结果对比得出相关结论。
2024-09-17 cond-mat.str-el physics.comp-ph quant-ph
Towards Feature Selection for Ranking and Classification Exploiting Quantum Annealers
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；ContentWise；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）
特征选择是许多排序、分类或预测任务中的常见步骤，并且用于许多目的。通过去除冗余或噪声特征，可以提高排名或分类的准确性，并且可以降低后续学习步骤的计算成本。然而，特征选择本身可能是计算上昂贵的过程。虽然几十年来量子计算仅限于理论算法论文，但现在量子计算正成为解决现实问题的可行工具，特别是基于量子退火范式的专用求解器。本文旨在探索使用当前可用的量子计算架构来解决一些用于排序和分类的二次特征选择算法的可行性。实验分析包括15个最先进的数据集。量子计算硬件获得的有效性与经典求解器相当，这表明量子计算机现在足够可靠，可以解决有趣的问题。在可扩展性方面，当前一代量子计算机能够提供比某些经典算法有限的加速，并且混合量子-经典策略对于超过一千个特征的问题显示出较低的计算成本。
2022-05-09 cs.IR cs.LG quant-ph
Simulating the Transverse Field Ising Model on the Kagome Lattice using a Programmable Quantum Annealer
本研究在D-Wave Advantage2量子退火器上嵌入231个位点的Kagome晶格Ising模型，通过退火实验观测到三分之一磁化平台，并利用退火-暂停-淬火协议构建部分相图，验证了横向场下系统退出经典自旋液体态，证实了量子模拟的有效性。
2024-08-14 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Free energy-based reinforcement learning using a quantum processor
QBit（1QBit）；The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）
最近的理论和实验结果表明，在具有挑战性的采样任务中使用当前和不久的将来的量子硬件的可能性。在本文中，我们介绍了基于自由能的强化学习（FERL）作为量子硬件的应用。我们提出了一种方法来处理量子退火机的测量量子位自旋配置近似量子玻尔兹曼机（QBM）的自由能。然后，我们应用这种方法来执行强化学习的网格世界的问题，使用D-Wave 2000 Q量子退火。实验结果表明，我们的技术是一种很有前途的方法，利用量子采样的权力在强化学习任务。
2017-05-29 cs.AI cs.LG cs.NE
Probing the Universality of Topological Defect Formation in a Quantum Annealer: Kibble-Zurek Mechanism and Beyond
通过量子相变驱动的系统中产生的拓扑缺陷的数量与驱动时间呈幂律比例关系。这种普遍的标度律是Kibble-Zurek机制（KZM）的关键预测，使用基于硬件的量子模拟器对其进行测试是量子信息科学的一个令人垂涎的目标。在这里，我们使用量子退火提供这样的测试。具体来说，我们报告了广泛的实验测试拓扑缺陷形成通过一维横向场伊辛模型两个不同的D波量子退火设备。我们发现，量子模拟器的结果确实可以解释的KZM为开放系统的量子动力学相位翻转错误，与理论的某些定量偏差可能造成的因素，如随机控制误差和瞬态效应。此外，我们探测物理超越KZM识别签名的普遍性的分布和累积量的扭结的数量和它们的衰变，并再次找到协议的量子模拟器的结果。这意味着广义KZM理论的理论预测，假设与环境隔离，适用于超出其原来的范围，以开放系统。我们通过大量的数值计算来支持这一结果。为了检查这些结果的替代经典解释是否可能，我们使用了自旋矢量蒙特卡罗模型，这是D波器件的候选经典描述。我们发现，从D波退火装置的实验数据的一致性程度是更好的KZM，量子理论，比经典的自旋矢量蒙特卡罗模型，从而有利于量子描述的设备。我们的工作为开放量子系统中的量子临界动力学提供了一个实验测试，并为量子模拟实验的新方向铺平了道路。
2020-05-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Privacy-Preserving Quantum Annealing for Quadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO) Problems
针对第三方量子退火服务中QUBO问题泄露用户隐私的风险，提出结合按位分割与矩阵置换的隐私保护框架，通过混淆模型矩阵$Q$有效隐藏元素并高精度重构原始解。
2024-09-27 cs.CR quant-ph
Enhancing Quantum Annealing Performance for the Molecular Similarity Problem
量子退火是一种利用量子力学来解决困难优化问题的有前途的技术。在物理量子退火器的开发方面已经取得了相当大的进展，从而激发了提高这种求解器效率的方法的研究。在这项工作中，我们提出了一个量子退火方法来衡量分子结构之间的相似性。在量子退火机上实现现实世界的问题是具有挑战性的，因为硬件限制，如稀疏连接，固有的控制误差和有限的精度。为了克服有限的连通性，一个问题必须重新制定使用小嵌入技术。使用一个真实的数据集，我们调查的量子退火在解决分子相似性问题的性能。我们提供的实验证据表明，嵌入的常见做法，可以取代新的替代品，减轻了一些硬件的限制，提高其性能。嵌入的常见做法包括最小化量子位的数量或链长，以及凭经验确定铁磁耦合器的强度。我们表明，目前的标准选择嵌入不提高硬件的性能的分子相似性问题。此外，我们使用理论方法来确定铁磁耦合器的强度。这种方法消除了当前经验方法的计算负担，并且还导致可以受益于简单的局部经典改进的硬件解决方案。虽然我们的研究结果仅限于这里考虑的问题，他们可以概括为指导未来的基准研究。
2017-01-16 cs.DM q-bio.QM quant-ph
Quantum Thermodynamics in Spin Systems: A Review of Cycles and Applications
本文综述了用量子热力学建模自旋系统循环的理论方法、在海森堡类自旋系统中的理论结果及实验进展，并展望了金属配合物体系作为能量存储与收集量子材料的应用前景。
2024-11-19 quant-ph
Casimir and Casimir-Polder Forces in Graphene Systems: Quantum Field Theoretical Description and Thermodynamics
我们回顾了最近的结果的Casimir Polder和Casimir自由能的低温行为和熵的可极化原子与石墨烯片和两个石墨烯片，分别。这些结果进行了讨论，在广泛的背景下出现的问题，在Lifshitz理论的范德华力和卡西米尔力时，它被应用到金属和电介质体。在简要介绍了石墨烯电磁响应的不同理论描述方法之后，我们着重讨论了在（2+1）维时空中利用极化张量的松原公式中热量子场论框架下的响应函数的推导。利用极化张量得到了原始石墨烯和具有非零能隙$Δ$和化学势$μ$的石墨烯片在不同的$Δ$和$μ$值之间的关系下的Casimir Polder和Casimir自由能和低温熵的渐近表达式.在回顾文献结果的基础上，我们给出了关于零能隙和非零化学势的一些新发现。结果表明，采用量子场论描述的石墨烯系统中Casimir力和Casimir-Polder力的Lifshitz理论符合热力学的要求，并对含有$Δ>2μ$或$Δ<2μ$的石墨烯片进行了量子场论描述.石墨烯与$Δ=2μ\neq 0$的情况导致熵异常，但被认为是物理上不现实的。讨论了基于石墨烯所得结果的Lifshitz理论中热力学问题的解决方法。
2020-09-21 quant-ph
Concepts of Phenomenological Irreversible Quantum Thermodynamics I: Closed Undecomposed Schottky Systems in Semi-classical Description
若用含时统计权修正von Neumann方程，导出了不含系统与环境相互作用的Hamiltonian的Schottky系统的熵率、熵交换和产生.这种相互作用是半经典描述的量子理论表达式的功率和熵交换。
2018-10-20 quant-ph
Theoretical formulations on thermodynamics of quantum impurity systems
本文为量子杂质系统的热力学实验可测性提供了理论基础。理论上的发展涉及到两种类型的热力学纠缠的自由能谱函数的识别杂质系统，可以是费米子或玻色子或组合。进一步考虑混合环境满足高斯-威克定理的热力学极限。然后，我们将热力学谱函数与通常在实验上可测量的局部量子杂质系统谱密度相关联。另一种类型的输入是裸浴耦合光谱密度，它可以用各种方法准确地确定。对于只存在于非谐玻色杂质系统中的非纠缠分量，也建立了类似的关系。为了说明，我们考虑最简单的非相互作用系统，重点是玻色子和费米子方案之间的显着不同的特性。
2020-08-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum thermodynamic devices: from theoretical proposals to experimental reality
热力学起源于需要了解工业革命发展的新技术。然而，几个世纪以来，对发动机、冰箱、热加速器和加热器的描述已经变得如此抽象，以至于将普遍陈述直接应用于现实生活中的设备是非常困难的。最近，量子热力学的快速发展也采取了类似的轨迹，例如，“量子引擎”已成为理论研究中广泛研究的概念。然而，如果新公布的自然定律是有用的，我们需要编写字典，使我们能够将理论量子热力学的抽象陈述翻译为实验现实场景的物理平台和工作介质。为了协助这一努力，本文致力于概述所提出和实现的量子热力学装置，并强调各种物理情况的共性和差异。
2022-01-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic, dynamic and transport properties of quantum spin liquid in herbertsmithite from experimental and theoretical point of view
在我们的评论中，我们专注于量子自旋液体，定义的热力学，输运和弛豫性质的几何阻挫磁铁（绝缘体）所代表的herbertsmithite $\rm ZnCu_{3}(OH)_6Cl_2$。
2019-08-28 cond-mat.str-el quant-ph
Quantumness Speeds up Quantum Thermodynamics Processes
针对缺乏量化量子相干与纠缠在功提取中作用的通用方法的问题，提出热力学速度量化功提取，证明相干和真纠缠可加速功提取，提供无态层析的纠缠见证新热力学方法。
2024-06-19 quant-ph
Experimental detection of microscopic environments using thermodynamic observables
现代热力学理论可以用来研究高度复杂的量子动力学。在这里，我们通过实验证明，违反热力学约束允许检测量子系统到隐藏环境的耦合。通过使用IBM量子超导处理器，我们进行热力学测试，以检测与多达四个量子比特组成的系统相互作用的量子比特环境。理论研究结果表明，有效的可扩展性的测试系统的大小方面的实验是补充。因此，他们可能是有用的，以检测一个开放的系统动力学的情况下，其他方法（例如量子态断层扫描）是实际上不可行的。
2021-03-09 quant-ph
Quantum control of solid-state qubits for thermodynamic applications
我们给出了一个概述，我们最近的理论研究激子的热力学，和其他固态量子比特，由时间相关的激光场驱动。我们考虑一个这样的发射器，并描述如何形成强场修饰状态允许发射器吸收或发射声学声子在一个受控的方式。我们目前的结果的热吸收，并表明，驱动场的形式可以定制，以产生不同的热力学过程，包括可逆和不可逆的热吸收。我们从量子热力学的角度讨论了这些效应，并概述了利用它们将固体光学冷却到低温的可能性。
2021-03-24 quant-ph
A General Information Theoretical Proof for the Second Law of Thermodynamics
我们证明了在一个孤立系中，信息的守恒性和非可加性以及熵的可加性使得熵增加。纠缠量子态的坍缩提供了信息非可加性的一个例子。然而，后者也适用于其他领域，其中交互信息是重要的。例如经典的统计力学、社会统计和金融过程。因此，热力学第二定律以其最一般的形式得到了证明。这不仅在量子和经典物理学中是正确的，而且在其他过程中也是正确的，在这些过程中信息是保守的和非加性的。
2007-03-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
About Standpoints for Surmounting Reversibility and Recurrence Paradoxes in Theoretical Thermodynamics
可逆性和递归性佯谬是19世纪以来热力学基础研究中一直未能解决的关键问题。本文表明：（1）如果我们注意观测量，可逆性佯谬是可以克服的，观测量代表了可逆性特征在不可观测区域运动的净结果;（2）如果我们从内部观察一个孤立系，其中没有离散能级的系统，递归佯谬是可以克服的。这些论证证实了所报道的结论的正确性，即孤立系中熵增加的起源是微观粒子自发地扩散到每一个可能的空间区域的基本性质。
2021-07-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Single-Atom Verification of the Information-Theoretical Bound of Irreversibility at the Quantum Level
基于熵产生的无序或随机性的定量度量表征了热力学不可逆性，这与传统的热力学第二定律有关。在这里，我们报告，在量子力学的方式，第一次理论预测和实验探索的信息理论界的熵产生。我们的理论模型由一个最简单的两能级耗散系统由一个纯粹的经典场驱动，并在马尔可夫耗散下，我们发现，这样的信息理论界，不完全验证量子弛豫过程，强烈依赖于驱动衰减比和初始状态。此外，我们通过嵌入超冷捕获的$^{40}$ Ca $^{+}$离子中的单个自旋对该信息理论界限进行了实验验证。我们的发现，基于一个两级模型，是任何量子热力学过程的基础，并表明量子热力学相对于传统的经典对应的差异和复杂性。
2020-07-04 physics.atom-ph quant-ph
Quantum field theoretical description of the Casimir effect between two real graphene sheets and thermodynamics
推导了任意低温下两个具有非零能隙$Δ$和非零化学势$μ$的平行石墨烯片的Casimir自由能和熵的解析渐近表达式.石墨烯是在松原公式中的热量子场论框架下，通过（2+1）维时空中的极化张量来描述的。不同的渐近表达式被发现的条件下$Δ>2μ$，$Δ=2μ$，和$Δ<2μ$同时考虑到由于在松原频率的总和和显式的一个所造成的偏振张量对温度的依赖性作为一个参数的隐式温度依赖性。结果表明，对于$Δ>2μ$和$Δ<2μ$的Casimir熵满足热力学第三定律（能斯特热定理），而对于$Δ=2μ$这一基本要求是违反的。所发现的异常的物理意义被认为是在金属和电介质体之间的卡西米尔效应的热力学性质的上下文中。
2020-07-10 cond-mat.other quant-ph
One-shot information-theoretical approaches to fluctuation theorems
传统的热力学控制着在热平衡状态之间演化的大系统的行为。对于这些大系统，热力学量（如功、热和熵）的平均值提供了过程的良好表征。相反，人们对快速演化且远离平衡的系统的热行为越来越感兴趣，并且这些系统太小以至于无法用平均值很好地描述其行为。现代热力学的两个主要领域试图解决这样的系统：非平衡态热力学和单次统计力学的新生领域。前者提供的工具，如波动定理，而后者适用于“一次”雷尼熵的热环境。在即将出版的《量子体系中的热力学--最新进展和展望》（施普林格国际出版社）一书的这一章中，我将对最近的研究做一个温和的介绍，这些研究来自两个领域：单次信息理论在涨落定理中的应用。
2018-05-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of Permutation-Invariant Quantum Many-Body Systems: A Group-Theoretical Framework
本文利用表示论与热力学一致主方程，建立了置换不变多能级量子系综的群论框架，刻画其稳态性质并展示其在提升量子热机性能方面的应用。
2023-07-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum thermodynamics under continuous monitoring: a general framework
在过去的十年里，量子系统的热力学已经引起了越来越多的关注，与量子信息和统计物理有关，并且重点关注非经典签名。虽然第一种方法可以处理总体上的平均热力学量，但为了建立演化过程中量子和环境波动的影响，需要对开放系统进行连续的量子测量。在这里，我们提供了一个一般的理论框架，建立和解释热力学量子系统的非平衡演化是连续监测的介绍。我们回顾了量子轨道的形式主义及其在热力学场景中的一致应用，其中主要的量，如功，热和熵产生可以在随机水平上定义。不可逆性和波动定理的连接也进行了讨论，连同一些最近的发展，我们提供了一些简单的例子来说明一般的理论框架。
2022-04-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Exact finite-time correlation functions for multi-terminal setups: Connecting theoretical frameworks for quantum transport and thermodynamics
本文以单能级量子点模型为例，推导了多终端装置在稳态和瞬态下的粒子流与能流精确解析表达式，统一了量子主方程、散射矩阵和海森堡方程等量子输运理论框架，并建立了弱耦合与任意耦合强度间的桥接协议。
2024-11-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thermodynamic universality of quantum Carnot engines
热力学第二定律的卡诺陈述对所有热机的效率提出了上限。最近，已经研究了诸如相干性和量子纠缠的通用量子特征是否可以允许量子器件具有大于卡诺效率的效率。目前的研究表明，这是不允许的热力学热力学定律。特别是，我们将证明，而不是热的定义必须修改，以考虑到维持相干性和纠缠的热力学成本。我们的理论研究结果数值说明了实验相关的例子，从光学力学。
2015-10-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic interpretation of quantum error correcting criterion
沙农的基本编码定理将经典信息论与热力学联系起来。最近的理论工作成功地将量子信息理论与热力学联系起来。例如，舒马赫证明了香农1948年经典无噪声编码定理的量子版本。本文将量子信息理论与热力学之间的联系扩展到包括量子纠错。有一个标准的机制来描述在量子信息的传输、存储和操作过程中可能发生的错误。人们可以制定一个标准的必要条件和充分条件的错误是可检测的和可纠正的。我们表明，这一标准有一个物理解释。
2004-03-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Theoretical bound of the efficiency of learning
本文提出统一热力学形式体系，通过推导比克劳修斯不等式更强的熵产生率下界，确定学习效率的一般上限，并在量子点系统和活细胞网络中验证，揭示能量与信息的基本权衡关系。
2025-04-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Exploring quantum thermodynamics with NMR
量子热力学试图将非平衡随机热力学扩展到小量子系统，其中非经典特征对其描述至关重要。这样一个研究领域最近提供了有意义的理论和实验进展，探索财富和量子功能的力量，以及系统的热力学信息方面。这种调查的相关性与量子技术设备目前处于科学和工程应用的最前沿这一事实有关。这篇简短的评论文章概述了量子热力学中的一些概念，强调了使用核磁共振技术的原理实验。
2023-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic Evidence for Water as a Quantum Mechanical Liquid
我们认为一般的理论模型的水，特别是性质的运动的氢核。如果氢核的运动是经典的，则氢核是氘核的重水的热力学压力状态方程与氢核是质子的轻水的压力状态方程相同。由于轻水的实验热力学相图与重水的实验热力学相图明显不同，可以推断氢核的运动本质上是量子力学的。这一结论与最近对X射线、中子和深部非弹性中子散射数据的分析结果在物理上是一致的。
2015-12-10 cond-mat.other physics.chem-ph quant-ph
