A new expression of the probability distribution in incomplete statistics and fundamental thermodynamic relations
为了克服不完全统计文献中概率分布原表达式的局限性，本文导出了一个新的概率分布表达式，其中引入的Lagrange乘子B%与Tsallis统计中内能约束的第二、第三选择中引入的Lagrange乘子B%相同，且恰好等于物理逆温度。阐明了新表达式所描述的概率分布通过能谱的均匀平移是不变的。此外，还给出了几个基本热力学关系式，并讨论了新的概率分布表达式与原表达式之间的关系。
2007-03-23 cond-mat.stat-mech
Emergence and Breaking of Duality Symmetry in Generalized Fundamental Thermodynamic Relations
将作为统计极限行为的热力学推广到具有概率{ \it a priori}的任意系统，其中热力学的无限尺寸极限被多重测量极限所代替. Massieu熵和Gibbs熵之间的对偶对称性在无限次重复观测的极限下产生，从而产生Gibbs方程和Hill-Gibbs-Duhem方程（HGDE）。如果一个系统的热力学极限满足Callen的假设，熵是一个欧拉函数，对称性就失去了：HGDE简化为吉布斯-杜亨方程。该理论为经典热力学和纳米热力学提供了一个非机械化的基础，并提供了一个从大量数据中提取涌现的框架，而不需要底层细节。
2022-03-20 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Driven Spin Systems as Quantum Thermodynamic Machines: Fundamental Limits
我们表明，耦合二能级系统，如量子比特研究量子信息可以作为一个热力学机器。至少有三个量子位或自旋是必要的，并安排在一个链。该系统连接在两个分体式浴槽之间，中间的工作旋转由外部驱动。该机器执行卡诺型循环，并能够根据浴$ΔT$的温差和纺丝系统$ΔE$中的能量差作为热泵或发动机工作。可以表明，效率是$ΔT$和$ΔE$的函数。
2007-05-01 cond-mat.stat-mech
Internal Energy, Fundamental Thermodynamic Relation, and Gibbs' Ensemble Theory as Laws of Statistical Counting
该研究从独立重复抽样中的统计计数与熵出发，经 Callen 公设和 Legendre–Fenchel 变换，无需求助力学即可导出内能、Gibbs 热力学基本关系及系综理论。
2022-09-26 cond-mat.stat-mech math.PR
Thermodynamic speed limit for non-adiabatic work and its classical-quantum decomposition
本文推导开放量子系统中非绝热功的热力学速度极限，将其分解为经典与量子贡献并分别给出界限，且以受驱二能级系统数值验证。
2025-04-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Steady thermodynamic fundamental relation for the interacting system in a heat flow
有一个长期存在的问题是，是否有可能将平衡热力学的形式主义扩展到稳态非平衡系统的情况。我们已经对热流中的理想气体作了这样的推广[Hoelyst \emph{et al.}，J. Chem. Phys. 157，194108（2022）]。在这里，我们调查是否存在这样的描述系统的相互作用：在热流的范德华气体。我们引入状态参数，每个状态参数都与改变能量的单一方式相关联。非平衡态热力学第一定律由这些参数得出。非平衡态的内能$U$具有与平衡态热力学相同的形式。对于范德瓦尔斯气体，$U(S^*, V, N, a^*,b^* )$是仅5个状态参数的函数（与表征边界条件的参数的数量无关）：熵$S^*$、体积$V$、粒子数$N$和重新标度的范德瓦尔斯参数$a^*$、$b^*$。状态参数$a^*$、$b^*$以及$S^*$确定与环境的净热交换。
2023-01-30 cond-mat.stat-mech
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
Second law, entropy production, and reversibility in thermodynamics of information
我们提出了一个信息热力学的基本概念的教学审查，通过集中在热力学第二定律和熵产生。特别是，我们讨论了热力学可逆性，逻辑可逆性和热辐射的背景下，朗道原理和澄清，这三个概念是从根本上彼此不同的关系。我们还讨论了测量和麦克斯韦妖反馈控制的热力学。我们澄清恶魔和第二定律确实是一致的，在测量和反馈过程中单独，通过包括互信息的熵产生。
2017-12-19 cond-mat.stat-mech
Evading Thermodynamic Uncertainty Relations via Asymmetric Dynamic Protocols
最近发现了许多版本的热力学不确定性关系（TUR），它们对不可逆耗散过程中积分电流的相对涨落施加了下限，并表明小尺度机器和热机的精度可能存在根本限制。在这项工作中，我们严格证明，TUR可以通过使用动态协议，是不对称的时间反演。我们说明了我们的结果使用模型热机使用两个级别的系统，并讨论了解析TUR和时间反演对称性之间的基本连接。
2022-06-27 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of statistical inference by cells
热力学、计算和信息之间的深层联系现在在理论和实验上都得到了很好的建立。在这里，我们扩展这些想法，表明热力学也对统计估计和学习的基本约束。要做到这一点，我们调查（非平衡态）热力学的限制放置在细胞内的生化信号网络的能力，以估计外部信号的浓度。我们表明，准确性是有限的能源消耗，这表明统计推断有基本的热力学约束。
2014-10-06 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.CB
Fundamental precision limits in finite-dimensional quantum thermal machines
本研究推导了有限维开放量子热机中相对方差和可观测量期望的动力学无关基本精度极限，通过量子电池模型揭示能量存储与充电精度的权衡，并证明量子相干性可改善该极限。
2025-10-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic Performance Limits for Score-Based Diffusion Models
Case Western Reserve University（凯斯西储大学）
本研究建立基于分数的扩散模型与非平衡热力学间的联系，推导出基于熵率的性能极限，给出数据负对数似然的下界，并在合成数据上验证其紧致性，为生成模型性能提供热力学新见解。
2025-10-07 cond-mat.stat-mech cs.LG
Stochastic control and non-equilibrium thermodynamics: fundamental limits
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Stony Brook University（石溪大学）
研究在受控二次势能下的阻尼随机系统在有限时间内从指定的吉布斯平衡态过渡的限制，通过热力学第二定律，最小工作量等于两态的赫尔曼自由能差，且只能通过可逆过程实现。
2018-03-22 cond-mat.stat-mech cs.SY eess.SY
Ab initio relaxation times and time-dependent Hamiltonians within the steepest-entropy-ascent quantum thermodynamic framework
本文在最陡熵升量子热力学（SEAQT）的框架下，研究了含时哈密顿量驱动的量子系统的热力学特性。在这样做时，一个泛化的SEAQT框架有效的所有这样的系统，导致发展的从头算物理相关的表达式内弛豫时间，一个重要的元素，这个框架和一个尚未被唯一确定为一个组成部分的理论。由此产生的表达式的弛豫时间是有效的，以及作为一种特殊情况下，时间无关的哈密顿，并使描述所提供的SEAQT框架更强大的基础水平。此外，SEAQT框架被用来帮助解决量子域中热力学的一个基本问题，即关于依赖于过程的功和热函数的唯一定义。所提出的发展导致的结论是，这个框架不仅是一个替代的方法在量子领域的热力学，而是一个独特的揭示了各种基本的，但尚未完全解决的问题的热力学新的光。
2017-08-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Fundamental costs in the production and destruction of persistent polymer copies
活细胞使用读出分子来记录受体蛋白的状态，类似于典型计算设备中的测量或复制。但这种类比严谨吗？细胞能达到最佳效率吗？如果不能，为什么？我们表明，在计算中，一个典型的生化读出网络产生的相关性;提取没有工作从这些相关性设置耗散的下限。对于一般的输入，生化网络无法达到这个界限，即使是任意缓慢的反应或弱热力学驱动。它面临着一个准确性耗散的权衡，这是定性不同的和更糟糕的比所暗示的界限，更复杂的稳态复制过程不能表现得更好。尽管如此，成本仍然接近热力学界限，除非精度非常高。此外，我们表明，生物分子反应可以用于化学燃料的外源性操作下的化学优化设备，这表明了一个实验系统，用于测试计算热力学。
2017-03-11 cond-mat.stat-mech q-bio.MN
Finite-Time Processes In Quantum Thermodynamics: The Limits Of Irreversibility
本文构建广义几何热力学框架，研究有限时间量子过程中的熵产生与耗散极限，扩展 Landauer 原理并优化介观热机。
2024-10-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics: A Clear Conceptual Framework
本文基于基本方程重新梳理热力学核心概念，澄清热与功的常见误解，并以理想气体自由膨胀验证所提框架，旨在提供更清晰易懂的热力学理解。
2025-07-02 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics and Dynamic Stability: Extended Theories of Heat Conduction
HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利研究与教育网络维格纳物理研究中心）；Eötvös Loránd University（厄特沃什·罗兰大学）；Montavid Thermodynamic Research Group（蒙塔维德热力学研究组）；University of Messina（墨西拿大学）；Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）
本文在非平衡热力学框架下分析了超越傅里叶的传热理论稳定性，探讨了扩展热力学中不同传热理论的比较与分析。
2024-09-13 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic cost of acquiring information
信息论和热力学之间的联系已被证明是非常有用的建立边界限制的物理过程。Landauer的擦除原理和信息辅助工作提取等思想不仅极大地扩大了我们对自然界施加的基本限制的理解，而且还启发了信息处理设备的实际实现途径。复杂的信息热力学关系也需要一个基本的限制参数估计，建立信息采集的热力学成本。更具体地说，我们表明，可以在物理系统中编码的信息量（并因此提取）通过任何过程是有限的耗散的工作过程中的实施。这包括信息获取的热力学权衡。同样，任何信息获取过程最终都受到热力学第二定律的限制。这种权衡可以在几个知识领域中找到应用，因为参数估计是所有自然科学和几种技术应用（如计量学）的基础。
2013-05-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of duplication thresholds in synthetic protocell systems
理解复制过程的热力学是迈向生物系统综合物理理论的基本步骤。然而，真实细胞的巨大复杂性掩盖了能量梯度和熵贡献之间的基本紧张关系，这些紧张关系是复制的基础。研究合成的、可行的系统，再现生物实体的部分关键成分，但克服生物复杂性的主要来源，对于加深对生命及其流行的基本热力学过程的理解具有重要意义。在本文中，一个抽象的-但现实的-合成系统的小合成原细胞聚集体进行了详细研究。自由能和熵梯度之间的基本关系是来自一般的，非平衡的情况下，设置重复现象的发生和流行的热力学条件。这种关系明确地设置了如何在创建和维护系统的结构-并最终，功能-元素投资的能量梯度必须始终补偿熵梯度，其贡献来自于在平移，构型和宏观状态熵的变化，以及从耗散由于不可逆的转变。功/能关系也来自，定义的复制事件发生所需的能量的下限。一个具体的例子，包括真正的三元乳液提供，以掌握的数量级所涉及的问题。据发现，在系统上的最小的工作投入触发重复事件是$\sim 10^{-13}{\rm J}$左右。不旨在描述一个真正的生物过程中的复制，这一理论的贡献，旨在明确定义和确定参与其中的关键演员。
2018-12-05 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Thermodynamic approach to quantum cooling limit of continuous Gaussian feedback
本研究推导含系统动理学温度与量子信息流度量的广义热力学第二定律，建立高斯系统连续量子反馈冷却的基本界，该界可在大反馈增益的量子卡尔曼滤波器实验场景下饱和，并经悬浮纳米颗粒实验参数数值验证，为理解相关热力学约束提供通用框架。
2025-09-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Information and the second law of thermodynamics
经典热力学第二定律，基于熵产生的正性，只适用于确定性过程。因此，随机量子热力学第二定律可能不成立。通过建立热力学和信息论之间的基本联系，我们将介绍一种新的方法来定义第二定律，它适用于确定性经典和随机量子热力学。我们的工作将信息很好地纳入第二定律，也提供了一个热力学操作意义的负熵和正熵生产。
2019-11-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics without ergodicity
我们表明，基本的热力学关系可以从确定性力学的非遍历系统。这扩展了遍历系统的类似推导，并表明遍历性不应被认为是系统表现出热力学行为的要求。我们的分析强调了绝热不变量在确定性描述中的作用，并加强了力学和热力学之间的联系。特别是，我们认为，宏观热力学行为的系统是由存在不同的时间尺度在其确定性的微观演化。
2018-11-12 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Thermodynamics of Quantum Reservoir Computing
School of Physics Science and Engineering, Tongji University（同济大学物理科学与工程学院）
通过非平衡热力学框架，揭示驱动开放量子系统在量子临界区的计算峰值源于能隙闭合导致的谱共振，并导出连续时间处理中预测能力与信息耗散及不可逆功之间的基本权衡。
2026-07-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Thermodynamic Bound on the Asymmetry of Cross-Correlations
该研究发现了约束双时互相关不对称性的普适热力学不等式，以循环亲和性界定不对称性上限，可用于推断驱动强度，还证明了噪声振荡相干性猜想并推导出生化信号定向信息流的热力学边界。
2023-08-23 cond-mat.stat-mech
Minimal Energy Cost for Thermodynamic Information Processing: Measurement and Information Erasure
给出了测量和擦除信息所需的热力学能量成本（功）的基本下界，擦除的下界证明了“Landauer原理”在一种特殊情况下成立，但也意味着它的崩溃，表明逻辑可逆性和物理可逆性之间不存在唯一的关系。我们的结果构成了“信息热力学”第二定律，其中的信息量和热力学变量被同等对待。
2009-05-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Symmetry induced enhancement in finite-time thermodynamic trade-off relations
本文建立了基于对称性的通用框架，通过推导平均跳跃率的上界，刻画有限时间热力学中集体增强的基本极限，并构造了超越传统超辐射模型的开放量子系统。
2024-12-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Morphological thermodynamics for hard bodies from a controlled expansion
形态学方法是将复杂溶质的化学势分解为纯几何项的有力工具。这种方法已被证明在硬球的准确性，相对昂贵的（经典）密度泛函理论的方法提出了一种替代。尽管如此，为什么它是准确的，以及如何包括高阶项以提高准确性的基本问题仍然存在。我们推导出的形态测量方法作为确切的remmation的维里系列中的条款，提供进一步的理由的方法。由此产生的理论是不准确的比以前的形态学理论，但提供了基本的见解纳入高阶项和扩展到任意形状的凸体的混合物。
2019-10-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Finite-time thermodynamics: A journey beginning with optimizing heat engines
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）
本文综述了有限时间热力学的历史发展，回顾了过去二十年该领域的研究现状，重点探讨了有限时间热力学循环的基本限制、热力学过程的最优控制与优化、非常规热机的操作以及实验进展。
2024-11-06 cond-mat.stat-mech physics.app-ph physics.class-ph
A case study of thermodynamic bounds for chemical kinetics
在这一章中，我们说明了最近获得的热力学界限的一些酶网络，专注于简单的例子，单环或多环网络。我们还推导出互补关系，约束的波动的首次通过时间达到阈值电流。
2018-04-03 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Dynamical Casimir effect and minimal temperature in quantum thermodynamics
我们研究的基本限制冷却到绝对零度的量子位，与电磁场的单模相互作用。我们的结果表明，动力学Casimir效应，这是不可避免的任何有限时间的热力学循环，禁止达到的绝对零度的温度，即使在无限数量的循环的限制。
2014-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of precision in quantum non equilibrium steady states
在纳米尺度下操作的自主发动机可能容易受到热量和粒子流的有害波动的影响，对于固定的功率输出，操作状态越可逆，热量和粒子流的有害波动就越大。电流涨落和熵产生之间的这种基本权衡形成了最近制定的热力学不确定性关系（TURs）的基础。然而，到目前为止，这些关系仅针对经典马尔可夫系统推导出，并且在量子体系中可能会被违反。在本文中，我们表明，量子非平衡稳态的几何本身，已经直接意味着存在的TUR，但与一个较宽松的限制。这一结果的几何性质使它非常普遍，建立了热力学精确度的基本极限。我们的证明是基于McLennan-Zubarev系综，它提供了一个精确的描述非平衡稳态。我们首先证明了这个系综的熵产生可以表示为量子相对熵。的TURs，然后示出是一个直接后果的量子克拉美-罗界，从参数估计理论的基本结果。通过结合多体物理学和信息科学的技术，我们的方法也有助于揭示量子效应和自主机器中电流波动之间的微妙关系。
2019-07-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Energy Dissipation Bounds for Autonomous Thermodynamic Cycles
在热力学过程中，有多少自由能不可逆地损失？对于确定性协议，能量耗散的下限来自于与在有限时间内将系统推离平衡相关联的热力学摩擦。最近的工作也限制了精确移动单个自由度的成本。使用随机热力学，我们计算一个自主控制系统的总能量成本，同时考虑热力学摩擦和熵成本，精确地指导一个单一的控制参数。我们的研究结果对通常对绝热极限的理解提出了挑战：在这里，即使无限慢的协议在能量上也是不可逆的。
2021-03-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stochastic Thermodynamics of Social Imitation beyond Energetics
Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos, IFISC (CSIC-UIB)（复杂系统与交叉物理研究所，IFISC（西班牙国家研究委员会-巴利阿里群岛大学））
研究旨在为社会系统推导‘第二定律’，通过建立框架约束主体属性变化及信息熵，以基于主体的社会模仿模型为例，展示相关定理自然出现，揭示权衡并提供参数推断工具。
2026-07-07 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Thermodynamic metrics and optimal paths
现代热力学的一个基本问题是，分子尺度的机器如何在远离热平衡的情况下做有用功，而又没有过多的耗散。为此，我们推导出一个摩擦张量，诱导黎曼流形上的热力学状态的空间。在线性响应机制下，这种度量结构控制了有限时间变换的耗散，并赋予最优协议许多有用的特性。我们讨论了现有的热力学长度形式主义的连接，并证明了这个度量的效用，通过解决一个简单的非平衡模型中的最优控制参数协议。
2012-05-08 cond-mat.stat-mech
Information measures based on Tsallis' entropy and geometric considerations for thermodynamic systems
量子系统的热力学行为的分析可以从几何的角度来研究状态空间的结构。我们已经开发了这样一个非广泛的热统计框架的分析，利用来自Tsallis熵的q-散度。算子方差和协方差的广义表达式被认为是，在其中的基本张量。
2005-10-17 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic Reverse Bounds for General Open Quantum Processes
各种量子热力学界限是源于一个单一的更严格和更普遍的不等式，后果的运营商的对数函数。这样的不等式，我们称之为"热力学逆界"，被简洁地表示为量子相对熵，它继承了量子相对熵的数学性质和意义。作为具体的例子，我们应用我们的界限，以评估热力学长度的开放过程，擦除过程中的热交换，和最大的能量流出一般量子演化。
2020-08-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Shannon Meets Carnot: Generalized Second Thermodynamic Law
经典的热力学定律不能描述能量哈密顿量是温度的显函数的系统的行为。例如，在将信息处理系统（如通信信道）建模为热系统时，会出现这种哈密顿量。在这里，我们推广的热力学第二定律，包括系统的温度依赖的能级，$dQ=TdS+<d\mathcal{E}/dT>dT$，其中$<\cdot>$表示平均玻尔兹曼分布，并揭示了一个新的定义的基本概念的温度。这种概括使得能够表达，例如，高斯信道的互信息作为自然的基本定律-热力学热力学定律的结果。
2008-06-23 cond-mat.stat-mech
A Numerical Method to Find the Optimal Thermodynamic Cycle in Microscopic Heat Engine
热机是发展非平衡态热力学的基本物理对象。热机的热力学性能取决于循环的选择和参数的时间依赖性。在这里，我们提出了一个系统的数值方法来找到一个热机循环优化一些目标函数。我们将该方法应用于参数缓变的热机，并表明该方法工作良好。我们的数值方法是基于遗传算法，这是广泛应用于各种优化问题。
2021-04-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic deficiencies of some simple Lindblad operators
Lindblad类型的主方程在量子光学和量子信息领域已经获得了突出的地位，因为它们保证满足量子动力学的基本概念，如完全正性。当Lindblad算子被用来描述与开放量子系统接触的热库时，热力学基本热力学定律和涨落耗散定理提供了额外的强制性标准。我们展示了几个无辜的Lindblad运营商在这方面有问题的属性的例子。哈密顿和Lindblad项之间的兼容性标准以及违反的后果进行了讨论。另一种随机方法耗散量子动力学的概述和说明，通过谐波链模型的本地Lindblad运营商的方法失败。
2016-10-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Information Loss as a Foundational Principle for the Second Law of Thermodynamics
在以前的一篇论文[1]中，我们考虑了这样一个问题：“自然界的什么基本性质决定了第二定律？一个简单的答案可以用信息来表述：信息的基本损失产生了第二定律。这种思路强调了两个独立但耦合的定律的存在：信息动力学和能量动力学。这种区别有助于阐明统计力学中的某些基本问题。例如，围绕第二定律从能量动力学的先前“推导”的混淆可以通过注意到这样的推导包含一个或多个对应于信息丢失的假设来解决。在本文中，我们进一步发展和探索的角度，第二定律是根本上的信息动力学规律。
2007-03-09 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic bounds on the asymmetry of cross-correlations with dynamical activity and entropy production
本文针对非平衡系统的互相关不对称性，利用动力学活性与熵产生率建立两个归一化热力学界限，兼具广泛适用性与实验可检验性。
2024-04-05 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic bounds on spectral perturbations, with applications to oscillations and relaxation dynamics
本文研究离散态马尔可夫系统中热力学与速率矩阵谱性质的权衡，利用熵产生率约束非平衡与平衡矩阵特征值之差，给出谱隙和虚特征值的热力学界，并以生物分子传感模型验证。
2024-01-23 cond-mat.stat-mech
Foundations of a Finite Non-Equilibrium Statistical Thermodynamics: Extrinsic Quantities
本文针对统计热力学基础的长期争议，构建有限非平衡系统统计热力学框架，修正吉布斯熵公式解释熵增，解决多个经典佯谬，并通过扩散理想气体验证外延量的平衡一致性。
2022-01-08 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Irreversible entropy production, from quantum to classical
熵产生是任何有限时间热力学过程中的一个关键量。它与热力学的基本热力学定律密切相关，体现了一种将热力学考虑一直扩展到非平衡过程的工具。它也经常被用来试图提供逻辑和热力学不可逆性的定量表征，源于物理，化学和生物学过程。尽管它的基本特征，一个统一的理论熵生产有效的一般过程，经典和量子，尚未制定。围绕着随机热力学、开放量子系统和量子信息理论的框架的发展导致了这种努力的实质性进展。这最终导致了新一代实验的解锁，这些实验能够解决随机热力学过程以及熵产生对它们的影响。本文旨在提供一个纲要，目前的框架，描述，评估和操纵熵生产。我们提出了两个正式的方面，其制定和潜在的量子性质的一个给定的过程中产生的影响，包括最近的实验的详细调查。
2022-02-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
A geometric bound on the efficiency of irreversible thermodynamic cycles
随机热力学彻底改变了我们对有限时间内运行的热机的理解。最近，许多研究已经考虑了热力学循环作为热力学空间（例如经典热力学中的$P-V$空间）中具有给定轮廓的热机的最佳操作，特别关注卡诺发动机。在这项工作中，我们使用热力学几何的镜头，探索整个空间的热力学循环与连续变化的浴温度在寻找最佳形状的周期在缓慢的驱动制度。我们应用经典的等周不等式推导出一个通用的几何约束的任何不可逆的热力学循环的效率，并明确构建有效的热机在有限时间内运行，几乎饱和这个边界的一个特定的模型系统。给定的界限，这些最佳的循环执行更有效地比所有其他热力学循环运行的热机在有限的时间，包括著名的周期，如卡诺，斯特林，奥托。例如，与最近的实验相比，这对应于在某些时间范围内操作的发动机的效率的数量级改进。我们的研究结果提出了新的设计原则，为未来的介观热机和成熟的实验研究。
2022-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Thermodynamic bound on heat to power conversion
在由散射理论描述的系统中，在给定的输出功率下，稳态热功转换效率存在一个上限，低于卡诺。我们表明，相互作用的系统可以克服这样的约束和饱和，在热力学极限，更有利的线性响应约束。这一结果源于相互作用系统在热力学极限下实现卡诺效率而无需Δ能量过滤的可能性，因此可以在不大幅降低功率的情况下获得大的效率。
2018-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Thermodynamic Bounds on Coherent Transport in Periodically Driven Conductors
周期性驱动的相干导体为量子输运器件的发展提供了一个通用的平台。在这里，我们制定了一个全面的理论来描述这些系统的热力学。我们首先关注适度的热电偏置和低驱动频率。对于这种线性响应制度，我们建立了广义Onsager-Casimir关系和扩展的波动耗散定理。此外，我们推导出一个家庭的热力学界限证明，任何地方的物质或热流把一个非平凡的整体耗散率的相干传输过程的下限。这些界限不依赖于系统特定的参数，对失相是鲁棒的，只涉及实验可访问的数量。因此，他们提供了强大的工具，以优化介观器件的性能和热力学推断，我们证明了三个具体的应用。然后，我们表明，我们的边界物理透明的扩展也持有强偏见和高频率。这些广义的界限意味着热力学的不确定性关系，充分考虑了量子效应和周期驱动。此外，它们导致了一个普遍的和可操作的熵产生的约束，可以很容易地用于热力学推理和设备工程远离平衡。连接各种各样的主题，范围从热力学几何热力学不确定性关系到量子工程，我们的工作提供了一个统一的热力学理论的相干传输，可以测试和利用当前的技术。
2021-01-26 cond-mat.mes-hall 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
Thermodynamics of Darwinian selection in molecular replicators
本文揭示自催化分子复制子中适应度、复制速率与热力学亲和力之间的基本界限，并给出临界选择系数约束，为理解生命起源复制子的热力学限制提供理论框架。
2025-10-04 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Thermal density functional theory approach to quantum thermodynamics
本文提出用热密度泛函理论提取有限温度量子淬火中功的统计与不可逆熵，并将其表示为热平衡和非平衡密度的泛函，进而在非均匀Hubbard模型中揭示了相互作用与外势对热力学性质的不同影响。
2024-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
