From quantum heat engines to laser cooling: Floquet theory beyond the Born-Markov approximation
我们结合形式主义的Floquet理论和充分的计数统计与马尔可夫嵌入策略访问的动力学和热力学的周期性驱动的热机超出传统的Born-Markov近似。工作介质是一个两能级系统，我们驱动隧道以及耦合到一个浴相同的周期。我们确定四个不同的操作制度，我们的机器，其中包括一个热机和制冷机。随着耦合强度的增加，制冷机区消失，热机区变窄，效率和性能系数降低。此外，我们的模型可以重现激光冷却的囚禁离子在特定的参数限制的设置。
2018-06-15 quant-ph
Fast forward evolution in heat equation:Tunable heat transport in adiabatic regime
本文研究了热方程在绝热膨胀含时盒子中的快进演化问题，通过绝热捷径技术加速热传递过程，并分析了标准与快进区域的热通量与温度分布。
2024-01-05 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Optimal performance of a three stroke heat engine in the microscopic regime
本文研究微观尺度下由二能级系统构成的三冲程热机，在受限热操作条件下推导出最大功和最大效率的闭合表达式，并分析了Jaynes-Cummings相互作用和有限尺寸热浴两类限制下的最优性能，使结果更接近实验可行。
2024-09-29 quant-ph
Non-linear regime for enhanced performance of an Aharonov-Bohm heat engine
纳米尺度下的热输运和量子热力学现在越来越受到关注，特别是在量子技术的背景下。与量子技术相关的实验预计将在非线性状态下进行。在这项工作中，我们建立在以前的结果，在线性响应制度的Aharonov-Bohm（AB）干涉仪作为热机的性能。在非线性制度，我们证明了可调性，大的效率和热功率，这种介观量子机可以实现，证实了令人兴奋的前景，这种AB环提供开发高效的热机器在全量子制度。
2021-11-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Driving Quantum Heat Engines Beyond Classical Limits through Multilevel Coherence
Institute for Quantum Science and Engineering, Texas A&M University（德克萨斯农工大学量子科学与工程研究所）；Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Baylor University（贝勒大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文通过多能级相干调控热机有效温度，揭示其在热力学控制中的作用，提出rubidium原子作为实验实现的候选材料。
2026-04-06 quant-ph
Quantum to classical transition and entanglement sudden death in Gaussian states under local heat bath dynamics
将耦合到局域热浴和压缩热浴中的空间分离双模高斯态的纠缠突然死亡问题映射到量子到经典跃迁的问题上，研究了纠缠突然死亡问题.利用Simon关于高斯态经典性的判据，通过分析系统的协方差矩阵，计算了ESD的时间。在T=0和T>0的两种浴态的双模系统的结果被推广到$n$ -模式，并被证明是类似的一般离散$n$ -量子比特系统的结果在性质上。
2010-11-01 quant-ph
Quantum-classical correspondence principle for heat distribution in quantum Brownian motion
Caldeira-Leggett模型描述的量子布朗运动，为理解量子热力学的现象和本质，特别是与经典热力学相关的量子功和量子热提供了新的视角。利用相空间方法研究了量子布朗运动模型中弛豫过程的热分布。得到了任意松弛时间和任意摩擦系数下的热特征函数的解析结果。通过取经典极限，该结果逼近朗之万方程描述的经典布朗运动的热分布，表明了热分布的量子-经典对应原理.我们还证明了在任意弛豫时间的涨落热满足热交换涨落定理，其长时间极限反映了系统的完全热化。我们的研究通过两点测量为量子涨落热的定义提供了依据。
2021-11-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of the mesoscopic thermoelectric heat engine beyond the linear-response regime
介观热电热机作为一种能够高效利用传统热机无法利用的废热的装置而备受期待。然而，该发动机中热流的推导似乎要么不通用，要么描述得过于简单，甚至在某些情况下是不合适的。在本文中，我们给出了一个明确的推导出的热流的发动机与适当的假设超出了线性响应制度。它解决了在线性响应区域中热流定义的混乱。在验证了我们可以构造与循环热机相同的形式之后，我们发现了Landauer-Büttiker形式中的两个有趣的结果：介观热电热机的效率达到卡诺效率当且仅当传输概率在特定能量处是有限的，否则为零;传输概率的么正性保证了热力学第二定律，从而使Benenti等人的理论失效。的论点，在线性响应制度，人们可以获得有限的权力与卡诺效率下的时间反演对称性破缺。这些结果说明了量子力学如何约束热力学。
2015-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Unifying quantum heat transfer in a nonequilibrium spin-boson model with full counting statistics
为了研究驱动非平衡自旋玻色子模型中量子热传递的全计数统计，我们建立了一个带有辅助计数场的广义非平衡极化子变换Redfield方程.这使我们能够研究从弱到强的量子位浴耦合的影响。在没有外部调制的情况下，我们观察到稳态热通量和噪声功率在中等耦合状态下的最大值，低于此值，我们发现这两个输运量被有限量子比特能量偏置增强。在外加调制的情况下，几何相位感应热通量在零量子比特能量偏置（无偏置）下随着量子比特-浴槽耦合的增加而单调减小。而在有限量子比特能量偏置（有偏置）下，几何相位诱导热流在强耦合区表现出有趣的反转行为。我们的结果统一了弱和强量子位浴耦合区域中看似矛盾的结果，并对非平衡热传递的量子涨落进行了详细的剖析。
2017-02-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heat transport through a quantum Brownian harmonic chain beyond the weak-coupling regime: An exact treatment
我们考虑一个线性量子谐振子链，其中单个谐振子的数量由任意数N给出，每个谐振子以任意强度kappa耦合到其最近的邻居（“内部耦合”），以及链的两端谐振子以任意强度c_nu分别耦合到两个不同温度的单独的浴。我们推导出一个精确的封闭表达式的稳态热流从一个热浴通过链到一个冷浴，在Drude-Ullersma阻尼模型超越马尔可夫阻尼。这使得我们能够探索热流相对于作为控制参数的内部耦合强度的行为，特别是在追求热功率放大时。结果表明，在弱耦合区（kappa，c_nu << 1），热流很小，几乎与链长N无关，因此违反了傅立叶热传导定律;这与先前在旋转波近似下得到的内部耦合结果以及在Born-Markov近似下得到的链浴耦合结果一致。在弱耦合区之外，随着内耦合强度的增加，热流逐渐放大，并在某一特定耦合强度kappa_R处达到最大值，与给定的链浴耦合强度“共振”。此外，热流对链长的行为通常以这样的方式出现，即电流的大小在N=1时达到其最大值，然后随着链长的增加而逐渐减小，实际上在足够大的N范围内几乎与N无关。因此，傅立叶定律也被证明在这种制度中被违反。
2014-04-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Analog of a quantum heat engine using a single-spin qubit
具有周期性调制能量分裂的量子二能级系统可以提供一个最小的通用量子热机。本文给出了硅隧道场效应晶体管中杂质电子自旋二能级系统的实验实现和理论描述。在非相干状态下，系统的行为类似于奥托热机或制冷机。相干区可以被描述为这两个区的叠加，在观察到的源漏电流中产生特定的干涉条纹。
2020-09-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooling a Mechanical Resonator to Quantum Regime by heating it
我们考虑了一个由金刚石制成的机械谐振器，它包含一个位于振子末端的氮空位中心（NV中心）。施加二阶磁梯度，并诱导机械模式和NV中心之间的耦合。通过施加适当的外磁场，可以调节NV中心电子自旋能级之间的能量差以匹配两个机械模式$a$和$b$之间的能量差。激光器用于连续初始化NV中心电子自旋。具有较低频率的模式$a$由热浴驱动。我们发现，模式$b$的温度显着冷却时，加热浴温度增加。我们讨论了量子区冷却所需的条件，并通过数值模拟证实了结果。最后对这种反常效应给出了直观的物理解释。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
On Feynman's Discussion of Classical Physics Failing at Specific Heat
我提供的背景故事如何在费曼物理讲座的历史错误被纠正。
2021-12-22 cond-mat.stat-mech physics.ed-ph physics.hist-ph
Critical heat current for operating an entanglement engine
自主纠缠引擎最近已被提出来产生稳态的二分和多分纠缠利用只有在不同温度下的热浴的非相干相互作用。在这项工作中，我们研究了两量子比特纠缠引擎中热流和纠缠之间的相互作用，推导出引擎成功运行的临界热流，即存在纠缠的截止值。因此，热流可以被看作是纠缠存在的见证。在弱耦合的情况下，我们还研究了量子比特的两个实验相关参数，能量失谐和隧穿，对纠缠产生的影响。最后，我们表明，强量子比特间耦合的制度提供了没有明显的优势，在弱制度的背景下，在平衡纠缠引擎。
2020-06-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
No-Go Theorem for Quantum Heat Engines Powered Purely by Quantum Measurements in the Steady Regime
Waseda University（早稻田大学）
研究了仅由量子测量驱动的量子热机在稳态 regime 中无法提取功的原理，指出需熵减少过程如反馈控制或热接触才能实现功提取。
2026-04-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Boosting work characteristics and overall heat engine performance via shortcuts to adiabaticity: quantum and classical systems
在一个一般的框架下，绝热过程的捷径被证明是可能的，在经典系统。然后，我们研究的分布函数的工作在一个小的系统，最初准备在热平衡。研究发现，通过绝热过程的捷径，可以显着减少工作波动。例如，在经典情况下，具有非常大或几乎为零的功值的概率被抑制。在量子情况下，负功可以从非正定的功值中完全去掉。我们还将我们的研究结果应用到微型奥托循环为基础的热机。结果表明，使用的捷径，直接提高了发动机的输出功率，也可以增加热机的效率大幅提高，在量子和经典的制度。
2013-12-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Energetic footprints of irreversibility in the quantum regime
在经典热力学过程中，不可逆性的不可避免的存在（由熵产生量化）带来了两个能量足迹：从最佳可逆情况中减少可提取的功，以及产生不可逆地消散到环境中的多余热量。最近，它已被证明，在量子制度的一个额外的量子不可逆性发生，这是联系到退相干到能量基础。在这里，我们采用量子轨迹来构造经典热和量子热交换的分布，并表明量子不可逆性的热足迹显着不同于经典的情况。我们还量化了量子不可逆性如何减少可以从相干态中提取的工作量。我们的研究结果表明，退相干导致熵和能量足迹都发挥了重要作用，在低温下的受控量子操作的优化。
2020-05-19 cond-mat.stat-mech quant-ph
Heat transfer statistics in mixed quantum-classical systems
在纳米尺度下的量子传热过程的建模对于能量收集和分子电子器件的发展至关重要。在这里，我们采用了一个混合的量子经典描述的设备，其中感兴趣的开放子系统的量子力学处理和周围的热浴处理在一个经典的方式。通过引入这样的混合量子经典描述的复合系统，一个是能够研究子系统和浴之间的热传递从一个封闭的系统的角度来看，从而避免简化假设有关浴的时间尺度和子系统浴耦合强度。特别是，我们采用全计数统计方法推导出的时刻生成函数的热系统的动力学描述的量子经典刘维尔方程（QCLE）的一般表达式。从这个表达式中，可以推导出平均热量和热流的动力学表达式，可以使用数值模拟来评估。由于近似性质的QCLE，我们还发现，稳态波动对称性举行了$\hbar$顺序的子系统浴耦合和浴超越双线性和谐波，分别。为了证明这种方法，我们考虑了非平衡自旋玻色子模型，并在各种条件下模拟了其随时间变化的平均热和热流。
2018-12-03 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph quant-ph
Dynamics of fluctuation correlation in periodically driven classical system
在确定相互作用的经典受击转子系统在进入混沌加热区之前存在具有准守恒平均哈密顿量的长寿命预热相的基础上，我们利用动能的时空涨落关联来探讨上述动力学相.我们显着地发现在prethermal制度的波动的扩散运输提醒我们在一个广义吉布斯系综与一定的温度，这取决于驱动参数和初始条件的基本流体动力学图片。另一方面，加热制度，其特点是扩散增长的动能，可以急剧本地化的相关波动中心的所有时间。因此，我们属性的非扩散和非本地化的相关结构的交叉制度，连接预热阶段的加热阶段，其中的动能显示复杂的增长结构。我们使用相对相位匹配的概念来理解这些数值结果，其中预热相位（加热状态）是指转子的有效耦合（隔离）性质。我们利用统计不相关的性质的角度的转子在加热制度，找到相关器的分析形式，模仿我们的数值结果在一个令人信服的方式。
2021-08-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
Heat operator approach to quantum stochastic thermodynamics in the strong-coupling regime
Universidad de Murcia（穆尔西亚大学）；Trinity College Dublin（都柏林三一学院）；King’s College London（伦敦国王学院）
本文提出热算子方法，通过链映射热源与张量网络传播结合，解决开放量子系统与环境间热量统计问题，揭示非平衡条件下热噪声的Fano因子转变及热 rectification行为。
2025-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Random multipolar driving: tunably slow heating through spectral engineering
受驱动的量子系统可能会实现静态系统中不存在的新现象，但驱动引起的加热会限制这些现象持续存在的时间尺度。研究了具有$n-$多极关联的随机序列驱动的相互作用量子多体系统中的加热问题，对应于多项式抑制的低频谱。对于$n\geq1$，我们发现了一个预热制度，其寿命与驱动率代数增长，与指数${2n+1}$。一个基于费米黄金法则的简单理论解释了这种行为。准周期Thue-Morse序列对应于$n\to \infty$极限，因此表现出指数长寿命的预热制度。尽管没有周期性的驱动器，尽管其最终的热死，预热制度可以主机通用的非平衡相，我们说明了一个随机多极离散时间晶体。
2021-01-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Separation of heat and charge currents for boosted thermoelectric conversion
在多端子器件中，（电子）热和充电电流可以遵循不同的路径。在本文中，我们介绍和分析了一类多终端设备，这个属性被推到其极限，与电荷$and$热流在不同的水库。在介绍了这种$heat-charge$ $current$ $separation$制度的主要特点，我们展示了如何实现它在一个多终端设备与正常和超导引线。我们证明，这种制度允许独立控制热量和电荷流，并大大提高在低温下的热电性能。我们详细分析了一个三端设置，包括超导引线，正常的铅和电压探头。对于一个通用的散射区域，我们表明，在制度的热电荷电流分离的功率因数和品质因数$ZT$是高度增加相对于一个标准的双端系统。这些结果证实了由三个耦合量子点组成的系统的特定情况。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heat Flow in Classical and Quantum Systems and Thermal Rectification
对决定热传导宏观规律的基本动力学机制的理解是非平衡统计力学的一项长期任务。更好地理解热传导的机制可能会导致基于控制热流的可能性的潜在有趣的应用。事实上，最近已经提出了不同型号的热整流器，其中热量可以优先沿一个方向流动。虽然这些模型离原型实现还很远，但基本机制具有非常普遍的性质，因此适合改进，并可能最终导致实际应用。我们简要地讨论了经典和量子系统中的热输运问题及其与动力学混沌性的关系。然后，我们研究热整流现象，并简要讨论了不同类型的微观机制，导致整流的热流。
2007-10-18 cond-mat.stat-mech nlin.CD quant-ph
Classicality of the heat produced by quantum measurements
量子测量最终是一个物理过程，由被测系统和测量仪器之间的相互作用产生。在热力学背景下考虑测量的物理过程自然会提出以下问题：如何解释功和热？在本文中，我们模拟测量过程中的任意离散观测作为一个测量方案。在此，待测量的系统首先与设备单一地耦合，并且随后复合系统相对于可观察的指针被客观化，从而产生确定的测量结果。因此，功可以解释为由于么正耦合而引起的复合系统内能的变化。根据热力学热力学第一定律，热是由于指针客观化而导致的该化合物的内能的后续变化。我们认为，该装置作为一个稳定的记录测量结果，只有当指针可观察到的哈密尔顿和交换表明，这种交换性意味着热的不确定性将必然是经典的。
2021-12-08 cond-mat.stat-mech quant-ph
Informative priors and the analogy between quantum and classical heat engines
当控制参数的不完全信息被量化为先验分布时，量子热机和它们的经典类似物之间出现了微妙的联系。研究了不确定性参数为内禀能量标度的量子模型，并与不确定性参数为中间温度的经典模型进行了比较。量化不完全信息的先验分布在量子模型和经典模型中都具有$π(x)\propto 1/x$的形式。在近平衡极限下计算的期望效率接近卡诺效率的三分之一。
2012-05-03 cond-mat.stat-mech physics.data-an quant-ph
