Entropy and Temperature of a Quantum Carnot Engine
从动力学由含时循环哈密顿量控制的量子力学系统中提取功是可能的。需要能量浴来操作这样的量子发动机，以代替用于运行传统的经典热力学热机的热浴。能量池的作用是在等能膨胀过程中保持系统哈密顿量的期望值。结果表明，存在这样一个浴导致平衡量子态，最大限度地提高冯诺伊曼熵。量子类似物的某些热力学关系，使人们能够定义的能量浴的温度。
2005-04-21 quant-ph
Local spreading of stabilizer Rényi entropy in a brickwork random Clifford circuit
RIKEN Pioneering Research Institute (PRI)（RIKEN先导研究院）；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS)（RIKEN跨学科理论与数学科学中心）
研究了稳定化Rényi熵在单量子比特减少密度矩阵中的扩散行为，发现即使没有显式守恒量，其扩散呈现扩散结构，进一步探讨了受限Clifford电路中超扩散现象。
2026-01-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
The production rate of the system-bath mutual information
当一个开放系统与多个热浴接触时，由不可逆过程（$dS_{\mathrm{i}}=dS-\sum_α\textđQ_α/T_α$）产生的熵不断增加，并且这个熵产生率总是非负的。但当系统与含有量子相干性或压缩的非热介质接触时，熵产生公式不再适用。本文研究了开放系统与环境之间的互信息增长率。当浴槽是正则热浴槽时，我们证明了这个互信息产生率可以精确地返回到先前的熵产生率。进一步，我们研究了一个单玻色子模与多个压缩热浴接触的例子，在这个例子中，传统的熵产生率不适用，我们发现这个互信息产生率仍然保持非负，这意味着系统与环境之间的相关性单调增加.
2017-07-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
The initial system-bath state via the maximum-entropy principle
需要系统-浴复合物的初始状态作为用于从任何量子演化方程预测的输入，以描述随后的仅系统的约化动力学或来自系统和浴的联合演化的系统上的噪声。传统的观点是写下一个不相关的状态，就好像系统和浴是在彼此不存在的情况下制备的一样;然而，这样一个因子化的状态不能在系统-浴相互作用的存在下精确描述。在这里，我们展示了如何超越简单的因式分解状态处方使用量子断层扫描的想法：我们采用最大熵原理推导出一个初始系统浴状态与可用信息一致。对于一般的弱相互作用，我们得到了一个明确的公式，修正的因式分解状态。这样的状态在系统和浴之间几乎没有相关性，我们可以使用我们的公式来量化。这有影响，特别是在随后的非完全积极的动态系统的主题。与基于这种几乎不相关的状态的预测的偏差指示对浴中的隐藏自由度的意外控制。
2016-10-27 quant-ph
Collective versus Single--Particle Motion in Quantum Many--Body Systems: Spreading and its Semiclassical Interpretation
我们研究了集体和非相干单粒子运动的两个链的粒子，其相互作用包括一个不可积的部分模型之间的相互作用。在微扰状态下，但对于一般形式的相互作用，我们计算了集体激发的谱密度。我们得到了一个显著的结果，即它总是有唯一的半经典解释。我们通过一个适当的重整化过程，使我们能够将我们的系统映射到一个Caldeira-Leggett-类型的模型，其中浴缸是系统的一部分。
2010-12-14 nlin.CD quant-ph
Microscopic contributions to the entropy production at all times: From nonequilibrium steady states to global thermalization
本文通过精确积分薛定谔方程，将单电子晶体管的熵产生分解为信息论项，揭示其在不同时间尺度上主要由库的热性微观偏差和库间关联主导，并发现库-库关联对耦合强度不敏感而系统-库关联在相对意义上占主导。
2024-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
On the von Neumann entropy of a bath linearly coupled to a driven quantum system
采用Feynman-Vernon影响泛函方法，计算了一组谐振子在初始处于热平衡时与外驱动量子系统线性相互作用时的冯诺伊曼熵的变化.这种量子熵产生具有Feynman-Vernon理论中描述系统历史的前向和后向路径的三个泛函的期望值的形式。在经典极限的Kramers-Langevin动力学（Caldeira-Leggett模型），这些泛函结合到三个方面，其中第一个是熵生产功能的随机热力学，经典的工作所做的系统对环境的单位$k_BT$，第二个功能没有类似的随机热力学，第三个是边界项。
2014-12-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Directing entanglement spreading by means of a quantum East/West heterojunction structure
本文将量子East模型推广到东/西异质结结构，发现纠缠熵呈周期性扩散，并可通过初始占据数和化学势调控，从而建立与热机的类比。
2023-12-03 quant-ph
Stochastic thermodynamics of a finite quantum system coupled to a heat bath
我们考虑的情况下，一个$N$能级系统（NLS）耦合到一个热浴不一定热化。对于这种情况下，我们推导出一般Jarzinski型方程，并得出结论，热和熵是从热浴流到冷NLS，反之亦然，从热NLS到冷浴。熵的增加和热传递除以适当的温度之间的克劳修斯关系假定为两个不等式的形式，这两个不等式在文献中已经被考虑过。我们的方法说明了一个分析的例子。
2021-04-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Ballistic spreading of entanglement in a diffusive nonintegrable system
从随机非纠缠初纯态出发，研究了一维不可积自旋链的纠缠熵随时间的演化。我们使用精确对角化的横向和纵向场的不可积量子伊辛链，以获得精确的量子动力学。我们发现，纠缠熵随时间线性增加有限尺寸的饱和开始之前，表现出弹道传播的纠缠，而在同一系统中的能量传输是扩散。因此，我们明确地表明，在这个不可积系统中，纠缠的传播比能量扩散快得多。
2013-09-21 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Bath dimension and initial entropy for closed repeated use of a quantum channel
该论文刻画了封闭设备中重复使用固定量子信道所需的浴资源，证明了可达区域由熵交换和参考扩展代价决定，并给出了最小维度速率。
2026-09-17 quant-ph
Stochastic thermodynamics of a finite quantum system coupled to two heat baths
我们考虑一种情况，其中$N$级系统（NLS）连续耦合到两个具有不同温度的热浴，而不一定被热化并接近稳态。对于这种情况，我们应用一个一般的Jarzinski型方程，并得出结论，热和熵是从热浴流到冷浴。熵的增加和热的传递除以适当的温度之间的克劳修斯关系假定为两个不等式的形式。我们的方法说明了一个分析的例子。对于线性区域，i.~例如，对于两个热浴之间的小温差，我们推导出热传导系数的表达式。
2021-08-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Entanglement spreading after local and extended excitations in a free-fermion chain
研究了自由费米子链基态的局域和扩展激发所产生的纠缠随时间的演化。单个粒子或空穴激发在大的时间和子系统长度下产生单个比特的过量熵。在双孔的情况下，激发之间的一些相干性被保留，并且过量熵仅在大孔分离时才变得可加性。相反，相干性总是丢失的粒子-空穴激发。本文还研究了完全填充链上的多空穴激发。我们发现，对于一个扩展的连续孔的超额熵尺度与大小的几何，而增加是线性的孔之间的有限的分离。
2021-10-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Relaxation of antiferromagnetic order and growth of Rényi entropy in a generalized Heisenberg star
相互作用中心自旋系统是一个中心自旋耦合到强关联的自旋池中的系统，它是一类重要的自旋系统，超出了通常的Gaudin磁体。这些系统是相关的几个现实的设置，并作为一个有趣的平台，研究相互作用控制的退相干和挫折感生磁秩序的不稳定性。利用基于XX链中自旋算符矩阵元解析表示的运动方程方法，我们得到了由一个$S$中心自旋和一个$N\leq 16$浴自旋的非均匀耦合XXZ链组成的广义海森堡星的精确长时间动力学.与以往的研究主要关注中心自旋动力学不同，我们关注的是中心自旋对自旋池内磁序动力学的影响。通过在Néel状态下制备XXZ浴，我们发现在浴的无隙相，即使是弱的系统-浴耦合也可以导致反铁磁有序的几乎完美的弛豫。在带隙相，交错磁化强度迅速衰减，并接近一个稳定的值，增加各向异性参数。这些发现表明，通过某些耦合的辅助系统，即使是很少的自由度，控制强关联的多自旋系统的内部动力学的可能性。我们还研究了在基态下制备溶液时中心自旋的Rényi纠缠熵的动力学性质。的整体轮廓和初始增长率的雷尼熵被发现表现出最小值在临界点的XXZ浴。
2022-07-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence and entropy production due to quantum fluctuations of spacetime
Federal University of Goiás（戈亚斯联邦大学）
本研究探讨了量子时空波动如何通过引力子导致微观系统退相干和熵产，揭示了引力与量子系统相互作用的普遍性机制。
2026-03-02 gr-qc quant-ph
Interaction of a quantum field with a rotating heat bath
在非幺正时间演化的马尔可夫主方程框架下，研究了旋转热浴与量子场的线性耦合。浴的旋转诱导粒子数反转的领域的低能量模式。对于玻色子来说，这会导致超辐射，这是一个不可逆的过程，其中一些浴的动能通过自发发射和受激发射被提取。我们找到了这种系统的能量和熵平衡，并将我们的结果应用到黑洞辐射理论中。我们还评论如何这涉及到经典的自振荡，包括流体力学中的剪切流不稳定性。
2018-05-14 gr-qc hep-th quant-ph
Bound on the rate of entropy change in open quantum systems
本文研究了开放量子系统与水浴相互作用时冯诺伊曼熵的时间变化率。我们表明，几乎所有的初始状态的浴和系统，时间平均的熵变化率是有界的函数，它取决于系统和环境的各种属性，大多是相对较小的。在几乎任何任意量子系统的相当一般的条件下，这个结果都成立。
2018-08-24 quant-ph
Entropy Flow and Exceptional-Point Structure in Two-Mode Squeezed-Bath Dynamics
University of Houston（休斯顿大学）
本文研究了双模压缩浴动力学中熵流与异常点结构，揭示压缩参数对PT对称性的影响及非线性熵生成机制。
2025-11-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
The entropy production of thermal operations
根据热力学第一、第二热力学定律和功、热的定义，得到了非平衡熵产生的微观表达式。最近，[ \href{Nature Communicationsvolume 8, Article number: 2180 (2017)}{Nat. Commun. 8, 2180 (2017)} ]对热进行了重新定义。我们将确定，热的重新定义，如何影响熵产生的表达式。利用这种新的热定义，可以发现热操作的熵产生有一个新的表达式。如果对系统和电解液的初始状态进行因式分解，并且保持复合系统的总熵不变，则新的熵产生等于系统和电解液之间的互信息。结果表明，如果系统的初始状态是对角的能量基，那么热操作不能创建系统和浴之间的量子关联。
2018-10-09 quant-ph
Experimental Heat-Bath Cooling of Spins
磁致冷是一种产生高极化自旋系综的新技术，它可以显著提高核磁共振（NMR）谱的信号强度。它结合了可逆的（熵保持）操纵和不可逆的控制与环境的相互作用，使用简单的量子计算技术，以增加自旋极化远远超过香农熵守恒界限。值得注意的是，热化被有利地用作冷却方案的组成部分，与其通常的破坏性影响相反。我们报告的第一个冷却实验绕过香农的熵守恒约束，在一个标准的液态NMR光谱仪上进行。我们相信，这一实验成功可以为量子计算设备的首次应用铺平道路。
2005-11-16 quant-ph
Spin-phase-space-entropy production
量化开放系统动力学的不可逆性程度是一个既有基础又有应用意义的问题。即使一个众所周知的框架存在的热浴，结果给出发散的结果在零温度的限制，也不容易扩展到非平衡水库，如退相浴。为了填补这一空白，在本文中，我们介绍了一个相空间熵产生框架量化自旋系统经历Lindblad动力学的不可逆性。该理论基于自旋Husimi-Q函数及其相应的相空间熵，称为Wehrl熵。不同于冯诺伊曼熵生产率，我们表明，在我们的框架中，Wehrl熵生产率仍然有效，在任何温度下，也很容易扩展到任意的非平衡浴。作为一个应用，我们讨论了与一个单光子脉冲的二能级系统的相互作用的不可逆性，一个问题，不能使用传统的方法处理。
2018-06-12 quant-ph
Entanglement Spreading and Oscillation
通过计算含时质量的1 + 1维自由标量理论中的纠缠熵随时间的演化，研究了有限速率光滑整体猝灭中量子纠缠的动力学性质.时间依赖性被选择为使得量子动力学是精确可解的。如果猝灭在晚期渐近地接近临界点，则早期熵和晚期熵分别与时间和子系统大小成正比。它们的比例系数是由尺度决定的：在快极限中，初始相关长度;在慢极限中，绝热性分解时定义的有效尺度。当猝灭超过临界点时，熵的时间演化用快极限的初始关联长度和慢极限的有效关联长度的尺度来表征。熵振荡，纠缠振荡来自于右移波和左移波之间的相干性，如果我们测量熵后的时间表征的淬火率。晚时振荡的周期性与零模振荡的周期性是一致的，零模是基本场及其共轭动量的两个点函数的零动量谱。
2018-01-12 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Numerically "exact" simulations of entropy production in the fully quantum regime: Boltzmann entropy versus von Neumann entropy
我们提出了一个计划，以评估热力学变量的系统耦合到一个热浴下的时间依赖的外力使用准静态亥姆霍兹能量从数值“精确”的分层运动方程（HEOM）。我们计算了强耦合到非马尔可夫热浴的自旋系统在不同温度下产生的熵。我们表明，当外部扰动的变化发生足够缓慢，系统总是达到热平衡。因此，我们计算了玻尔兹曼熵和冯诺伊曼熵的等温过程，以及各种热力学变量，如内能的变化，热量和工作，准静力平衡的基础上的HEOM系统。我们发现，虽然在玻尔兹曼和冯诺依曼的情况下，作为系统浴耦合强度的函数的系统熵的特征是相似的，那些为总熵产生是完全不同的。玻尔兹曼情形下的总熵产生总是正的，而如果我们选择整个系统的一个热平衡态（一个未因式分解的热平衡态）作为初始态，那么在冯·诺依曼情形下的总熵产生就变为负的。这是因为在冯·诺依曼情况下的总熵产生没有适当地考虑系统-浴相互作用的熵的贡献。因此，玻尔兹曼熵必须用来研究完全量子体系中的熵产生。最后，我们研究了Jarzynski等式的适用性。
2020-12-17 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph quant-ph
Entropy production and time-asymmetry in the presence of strong interactions
众所周知，强耦合到热浴的开放经典系统的平衡性质由与系统的平均力的哈密顿量相关的一组热力学势描述。通过调整这个框架，以更一般的类的非平衡态，我们表明，浴的平衡性质可以很好地定义，即使当系统是任意远离平衡和相关的浴。这些状态保留了温度的概念，采取条件平衡分布的形式。对于平衡过程，我们表明，平均熵产生量化的程度，系统浴状态被赶出条件平衡分布。此外，我们表明，随机熵产生满足广义克鲁克斯关系，并可用于量化相关的非平衡过程的时间不对称性。这些结果自然地将弱耦合系统中熵产生的熟悉性质推广到强耦合系统中。在强耦合下的熵产生的实验测量可以使用光学力学或捕获离子系统来进行，这允许强耦合被设计。
2017-03-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Entropy and Uncertainty of Squeezed Quantum Open Systems
定义了与热浴相互作用的压缩系统的熵S和不确定性函数，并利用影响泛函理论中约化密度矩阵的演化过程研究了它们随时间的变化.作为例子，我们计算了暴胀宇宙中两个精确可解压缩系统：一个倒谐振子和一个标量场模的熵。对于弱耦合到浴的反向振荡器，在高温和低温下，$S\to r $，其中r是挤压参数。在高温下的de Sitter情况下，$S\to (1-c)r$，其中$c = γ_0/H$，$γ_0$是与浴的耦合，H是哈勃常数。这三种情况证实了以前的结果，这些结果是基于计算熵的更特别的规定。但在低温下，de Sitter熵$S\to (1/2-c)r$明显不同。从更严格的方法获得的这一结果表明，通常被传统方法忽略的因素，即，环境的性质以及系统与环境之间的耦合强度是重要的。
1996-12-03 gr-qc hep-ph quant-ph
Exact master equation for a spin interacting with a spin bath: Non-Markovianity and negative entropy production rate
本文导出了中心自旋与完全非极化自旋海均匀相互作用的Lindblad形式的正则主方程。动力学映射的Kraus算子也被导出。从动力学映射的可分性破缺和量子态迹距保真度的增加两个方面说明了动力学的非马尔可夫性。此外，它是观察到的不可逆熵产生率总是负的（对于一个固定的初始状态），只要动力学表现出非马尔可夫行为。在继续与见证非马尔可夫性的研究，它表明，正的中心量子比特的纯度的变化率是一个非马尔可夫信息回流的忠实指标。给出了测量量子态纯度的实验可行性，讨论了实验证明非马尔可夫性和负不可逆熵产生率的可能性。这使得目前的工作具有相当的实际意义，检测非马尔可夫性和负不可逆熵产生率。
2016-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heat-Bath Cooling of Spins in Two Amino Acids
热浴冷却是自旋的实用算法冷却的一个组成部分，这是一种可能对体内13 C光谱有用的方法，特别是对于其中离体超极化的底物无效的延长的代谢过程。我们将热浴冷却应用于1，2 - 13 C2-氨基酸，使用α质子将熵从选定的碳转移到环境中。对于谷氨酸和甘氨酸，两个碳原子都被冷却了约2.5倍，在其他实验中，C1的极化几乎加倍，而所有其他自旋都有平衡极化，表明总熵减少。研究了添加钆对比剂Magnevist对谷氨酸盐热浴冷却的影响。
2011-10-26 physics.chem-ph q-bio.BM quant-ph
Heat-Bath Algorithmic Cooling with correlated qubit-environment interactions
高纯量子态的受控制备是量子信息科学实际应用的核心，从大多数量子算法的状态初始化到满足量子纠错容错阈值的辅助量子比特的可靠供应。热浴算法冷却已被证明可以通过熵的受控再分配和与浴的多次接触来纯化量子位，不仅适用于整体实现，而且适用于具有强但不完美测量的技术。然而，在以前的工作中已经假设了与浴的相互作用的隐含限制。在本文中，我们表明，更好的净化，可以通过消除限制。更具体地说，我们包括系统和浴之间的相关性，我们利用这些相关性将熵从系统泵入浴中。我们介绍了一种工具，冷却算法，我们称之为“状态重置”，当耦合到环境是广义的从个人量子位弛豫相关量子位弛豫。我们提出了改进的冷却算法，导致纯度的增加超出了所有以前的工作，并将我们的结果与核Overhauser效应。
2017-03-08 quant-ph
Page curve like dynamics in Interacting Quantum Systems
本研究通过一维XXZ自旋链与浴池的纠缠动力学，发现Page曲线类行为，并揭示玻尔兹曼熵与纠缠熵在特定初始态下的关联，对黑洞物理有潜在意义。
2025-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Energy exchange and entropy for quasi-free fermionic semigroups
我们考虑有限维费米子空间上的量子动力学半群模型，它是一个系统和多个热浴之间的重复相互作用模型的连续时间极限，动力学由二次哈密顿驱动.我们假设存在一个全局守恒的可观测量，它可以表示为系统和每个浴池的能量之和，我们研究了浴池和系统之间的能量通量。首先，我们只考虑平均能量通量，并证明，在平凡的准自由费米子上的每一个热机，在这个意义上，它是不可能从最冷的浴提取能量，即使当我们在不同的温度下处理其他几个浴。然后，我们将半群的解开视为一个随机过程，并按照Jaksic，Pillet和Westrich（2014）的方法研究能量通量的大偏差。我们减少计算的累积量生成功能的解决方案的Riccati方程（这是正式类似于研究大偏差的经典网络的谐振子）。我们将其应用到费米链中的能量交换的速率函数的数值计算，并表明，较大的波动上观察到一个较长的链。
2019-10-03 math-ph math.MP quant-ph
Experimental Heat-Bath Cooling of Spins
原子冷却（AC）是一种净化量子系统的方法，例如核自旋的集合，或光晶格中的冷原子。当应用于自旋时，AC产生高度极化的自旋的集合，这增强了核磁共振（NMR）中的信号强度。根据这种冷却方法，在恒定磁场中的自旋半核被认为是比特，或者更准确地说，量子比特，在已知的概率分布。然后使用普通的NMR量子计算工具将这些比特上的数学步骤翻译成专门设计的NMR脉冲序列。自旋的$algorithmic$冷却是通过交替地将可逆的、熵保持的操作（从数据压缩算法借用）与$selective$ $reset$（将熵从所选自旋转移到环境）相结合来实现的。理论上，将算法冷却应用于足够大的自旋系统可能会产生远远超出香农熵守恒极限的极化。在这里，只执行选择性重置步骤，因此我们更喜欢将此过程称为“热浴”冷却，而不是算法冷却。我们在这里实验性地实现了两个连续的选择性重置步骤，将熵从两个选定的自旋转移到环境中。我们用市售的标记分子在标准液态NMR光谱仪上进行了这样的冷却实验。我们的实验产生了$bypass$ $Shannon's$ $entropy$ - $conservation$ $bound$的极化，因此整个自旋系统被冷却。这篇论文最初于2005年提交，首先提交给《科学》杂志，然后提交给《美国国家科学院院刊》，并包括随后几年的其他结果（例如，2007年重新提交）。Postscriptum包含更多细节。
2014-04-28 quant-ph
Thermodynamical Control by Frequent Quantum Measurements
大"浴池“和小系统之间的热流使它们逐渐接近热平衡，同时增加它们的熵。偏离这一趋势的波动涉及一小部分与浴相互作用的系统的统计系综：在这方面，量子和经典热力学是一致的。它们之间会有巨大的差异吗？在这里，我们解决一个明显的量子力学设置，显示这样的差异：两个能级系统（TLS）和浴之间的热平衡的扰动频繁和简短的量子（非破坏）测量的TLS能量状态。如果测量的频率足够频繁，可以诱导芝诺或反芝诺状态，即TLS弛豫的减速或加速，那么系统和浴的熵和温度与无记忆浴的标准物理规则所预期的完全无关。这些异常的实际优势是可以非常快速地控制热和熵，使量子系统的冷却和状态纯化比它们的热平衡时间快得多。
2008-04-14 quant-ph
Thermodynamics of Coherent States and Black Hole Entropy
在相干状态下的系统的熵和温度自然地基于系统的密度矩阵来定义。作为一个例子，熵和温度的谐振子和量子场的相干态描述的Klein-Gordon-Fock方程与源项进行了评估。它示出，特别是，在基态的相干振荡器的温度与谐振子的有效温度相一致，在与热浴（布洛赫公式）接触时，浴温度趋于零。黑洞的贝肯斯坦-霍金熵也可以解释为视界面附近物理真空相干态的熵。
2001-10-31 quant-ph
Thermodynamics from indistinguishability: mitigating and amplifying the effects of the bath
当几个量子系统从它们相互作用的浴的角度看是不可区分的时，丰富的量子效应出现。特别是，离域激发对应的相干叠加的激发态出现和急剧改变的动力学和稳态的系统。这些现象是超辐射的核心机制，为热力学和潜在的其他量子技术提供了有趣的特性。事实上，最近的一篇论文[Phys. Rev. A 99，052105（2019）]研究了一对不可区分的两能级系统中的这些性质，并指出了浴对能量和熵的作用的缓解和放大的惊人效果。在这里，我们将研究推广到任意大小（即维度）的任意数量的自旋的集合。我们证实，以前发现的缓解和放大效应仍然存在，而且随着自旋数量的增加和自旋大小的增加，它们变得越来越明显。此外，我们发现，自由能的变化和熵产生与浴驱动的耗散系统减少，正式缓解浴的行动的想法。最值得注意的是，在不同温度下的两个浴的缓解效果的组合可以导致放大它们的作用。这是说明与循环热机，并导致大功率增强。不可逆性的减少也是一个有趣的方面，因为已知不可逆性会限制热力学任务的性能。上述发现也可能导致集体工作提取，量子电池充电，状态保护，光捕获设备，量子生物学，以及熵产生的研究中的有趣应用。此外，一些实验认识和观察表明，这种效果是可以实现的。
2019-11-28 quant-ph
Ensemble dependence of information-theoretic contributions to the entropy production
研究开放系统熵产生的信息论贡献对系综的依赖性，发现不同环境统计系综在产生相同总熵产生时，其互信息与位移项的相对权重取决于储层初始状态。
2023-04-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Unusual wave-packet spreading and entanglement dynamics in non-Hermitian disordered many-body systems
非厄米性和退相在一种特殊的波包动力学中相互作用，在无序、相互作用和非对称（非互易）量子介质中实现了非常规的纠缠演化。以Hatano-Nelson模型为例，首先考虑波包在非厄米无序系统中的传播，以证明它与厄米系统的情况有很大的不同。有趣的是，级联一样的波包传播的埃尔米特的情况下被抑制在干净的限制和弱无序，而它的复活附近的局域化-离域过渡。在此基础上，我们分析了在相互作用非厄米模型中系统的纠缠熵的演化，揭示了纠缠熵随时间的非单调演化。我们阐明了退相在厄米和非厄米系统中纠缠熵时间演化中的不同作用，并表明多体动力学受不同于厄米情形的原理支配.结果的尺寸依赖性表明，随着无序度的增加，最大纠缠熵出现了不寻常的面积-体积-面积定律交叉。为了在坚实的基础上分析无序的影响，使用Hermitian极限作为基准，我们在分析中采用了准周期无序（Aubry-André模型）。
2022-01-13 cond-mat.dis-nn quant-ph
Quantum engine efficiency bound beyond the second law of thermodynamics
根据第二定律，循环热机的效率受到卡诺界限的限制，卡诺界限是在可逆性条件下在两个热浴之间操作的发动机所获得的，由此总熵不增加。在热浴和挤压热浴之间运行的量子发动机已经被证明超过了这个界限。然而，它们的最大效率不能由可逆性条件来确定，这可能会产生一个无法实现的高于1的效率界限。在这里，我们确定了一个量子系统和一个浴之间的交换能量的分数，必然会导致熵的变化，并推导出这种变化的不等式。这个不等式揭示了由非热浴供能的量子引擎的效率界限。这个界限并不意味着可逆性，除非两个浴是热的。它不能仅仅从热力学的热力学定律推导出来。
2017-10-29 quant-ph
Universal Spreading of Nonstabilizerness and Quantum Transport
该研究针对满足U(1)守恒的XXZ自旋链动力学，用参与熵和稳定子Rényi熵分别量化波函数退局域化与非稳定子性，发现二者均呈普适幂律增长且标度指数对应不同输运机制，建立了量子资源与量子输运的关联。
2025-06-13 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Positivity of entropy production for the three-level maser
熵产生是热力学的一个关键概念，它允许人们分析发动机的运行。对于Scovil-Schulz-DuBois热机，即与热浴耦合的典型三能级热脉泽，有人认为热流的一般定义对于某些参数可能提供负熵产生[E. Boukobza和D. J. Tannor，Phys. Rev. Lett. 98，240601（2007）]。在这里，我们表明，这是可以治愈的，如果正确地应用到用于浴过渡的能量的失谐校正。这种方法可以更广泛地用于光场模式与跃迁能量失谐的光学跃迁的理论分析。
2020-12-21 quant-ph
Non-Markovian control of qubit thermodynamics by frequent quantum measurements
我们探讨了频繁的，脉冲量子非破坏测量的能量的二能级系统（TLS），别名量子比特，在接触热浴的影响。由此产生的熵和温度的系统和浴被发现是完全由测量速率，并不期望由标准的物理规则，持有马尔可夫浴。这些异常允许非常快速地控制量子位的加热、冷却和状态净化（熵减少），比它们的热平衡时间快得多。
2009-08-28 quant-ph
Entropy production in the mesoscopic-leads formulation of quantum thermodynamics
本文提出利用介观导线方法构建马尔可夫嵌入，研究强耦合开放量子系统的熵产生，证明了热不动点的存在，并恢复了瞬态区域熵产生的微观定义及可计算的修正。
2024-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Entanglement and Correlation Spreading in non-Hermitian Spin Chains
非厄米量子多体系统由于其奇异的性质，包括非常规的量子临界性和拓扑结构，引起了人们的广泛兴趣。在这里，我们研究如何量子信息和相关传播下的量子淬火产生的一个典型的非厄米自旋链。利用到费米子的映射，我们精确地解决了这个问题，并计算了热力学极限下的纠缠熵和关联动力学。根据淬火参数，我们确定两个动态阶段。一种是纠缠和关联迅速饱和。另一个则呈现出时间上的对数增长，相关性的传播速度比Lieb-Robinson束缚更快，崩溃和复苏产生了调制的光锥结构。在这里，在长时间的限制，我们计算解析的纠缠熵，我们显示出规模与切割的大小，与一个有效的中心荷，我们在封闭的形式。我们的结果提供了一个例子，一个完全可解的非厄米多体问题，显示丰富的物理，包括纠缠和光谱跃迁。
2022-01-24 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Entropy production and correlations in a controlled non-Markovian setting
我们研究（非）马尔可夫演化，建立相关性，和熵产生率之间的关系。我们考虑一个系统量子位与热浴接触，此外，该系统是强耦合到一个辅助量子位。我们研究了稳态特性，发现耦合导致复合系统中出现的有效温度，并表明这与量子位之间的相关性有关。通过建立的条件下，系统达到热平衡与浴，尽管经历了非马尔可夫演化，我们研究的熵产生率，表明其瞬态负性是一个足够的迹象，非马尔可夫。
2018-07-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Entropy production and non-Markovian dynamical maps
在开放量子系统的弱耦合极限方法中，浴的存在被消除，并由主方程来解释，该主方程引入耗散对系统约化动力学的贡献。在这个框架内，没有浴熵对熵平衡的贡献。我们表明，作为结果，熵产生未能为一类物理合法的（即，完全正的和保迹的）非马尔可夫动力映射。此外，在没有半群性质的情况下，如果约化动力学具有热渐近状态，则其不必是平稳的。在这种情况下，甚至综合熵产生也变成负的。这些意见意味着，当导致减少动力学的半群类型的条件放宽，热力学第二定律的一致制定需要明确考虑到环境的熵平衡的贡献。
2017-09-07 quant-ph
Asymmetric temperature equilibration with heat flow from cold to hot in a quantum thermodynamic system
一个模型计算量子热力学网络的构建与两个可变的温度浴耦合的连接器系统，在连接器的耦合到两个浴的不对称性。在计算模拟中发现，在不同的熔池能量和温度下，熔池达到“热平衡“。从某种意义上说，热是从冷到热流动的。给出了最近定义的纯态“宇宙”的量子熵$S^Q_{univ}$在通过经典等温平衡点后继续增加，在非对称平衡点达到最大值的描述。因此，第二定律解释$ΔS^Q_{univ} \ge 0$适用于非对称量子过程。相比之下，冯诺伊曼熵描述不能支持熵定律，当两个温度相等时接近最大值，然后在通往不对称平衡的路上减少$ΔS^{vN} < 0$。
2021-09-15 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph quant-ph
Improving Quantum Machine Learning via Heat-Bath Algorithmic Cooling
Atominstitut, Technische Universität Wien（维也纳技术大学原子研究所）；Miller Institute for Basic Research in Science, University of California Berkeley（加州大学伯克利分校米勒基础科学研究所）；Yonsei University（延世大学）
本文将量子监督学习建模为热力学冷却过程，提出受热浴算法冷却启发的量子制冷机协议，通过熵压缩与热化交替提升 QML 采样效率并降低分类分数及梯度估计开销。
2025-01-05 cs.LG quant-ph
Thermalization-Induced Entropy-Rate Representation of Internal Energy in a Damped Quantum Oscillator
School of Liberal Arts and Sciences, Korea National University of Transportation（韩国国立交通大學文理學院）
研究揭示开放量子系统中热力学状态函数结构的破坏，通过弛豫过程使动态不变量成为热力学坐标，推导出能量依赖熵变速率的表达式，扩展了热力学状态空间。
2026-09-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Collective-dissipation-controlled thermal rectification and entropy production in a three-terminal three-qubit XXZ spin chain
Sirjan University of Technology（锡尔詹理工大学）
本研究通过三量子比特XXZ自旋链与集体热库耦合，实现热整流控制，发现整流系数最高达20.1%，并揭示整流、热流与不可逆损失间的权衡。
2026-09-15 quant-ph
Spreading of correlations in Markovian open quantum systems
理解量子关联在非平衡多体系统中的传播是物理学的主要挑战之一。对于{ \it isolated}系统，流体力学理论解释了纠缠的起源和通过准粒子对传播的传播。然而，当系统与其周围环境相互作用时，建立起来的就少得多了。在这里，我们表明，准粒子图片仍然有效的开放量子系统：虽然信息仍然传播的准粒子，环境修改它们的相关性，并引入非相干和混合效应。对于自由费米子的增益/损失耗散，我们提供的公式充分描述非相干和准粒子的贡献，在传播的熵和互信息。重要的是，后者不受非相干相关性的影响。互信息在短时间内呈指数衰减，并最终消失，标志着经典极限的开始。对数负性的行为是类似的，这种情况是常见的其他dissipatients。对于弱耗散，准粒子的存在下显着的标度行为。
2020-02-21 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Dispersion and entropy-like measures of multidimensional harmonic systems. Application to Rydberg states and high-dimensional oscillators
利用量子几率分布的主要色散测度（径向期望值）和基本类熵量（Fisher信息、Shannon和Rényi熵、不平衡）及其相关的不确定关系，解析地讨论了量子多维谐振子定态的扩展性质.它们是通过势参数（振子强度、维数、$D$）和表征状态的超量子数$(n_r,μ_1,μ_2,\ldots,μ_{D-1})$明确给出的，有时以封闭的紧凑形式给出。重点放在高激发里德堡（高径向超量子数$n_r$，固定$D$）和高维（高$D$，固定超量子数）状态。我们已经使用了一种方法，在那里的拉盖尔和盖根鲍尔多项式，它描述的扩展量的积分泛函的理论确定，严重依赖于这些正交函数的一些加权$\mathfrak{L}_{q}$ -范数的代数性质和渐近行为。
2020-09-04 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
Entropy Production and the Role of Correlations in Quantum Brownian Motion
研究了受驱动的量子布朗运动的Caldeira-Leggett模型中的量子熵产生、各种关联及其相互作用。该模型，采取了大量的，但有限数量的浴模式，是完全可解的，和高斯初始状态的假设导致在广泛的模型参数范围内的所有所需的可观的有效的数值模拟。本研究主要由三个部分组成。我们首先比较两个流行的熵产生的定义，即标准的弱耦合制定最初提出的Spohn和后来扩展到驱动的情况下由Deffner和Lutz，和总是积极的表达介绍了埃斯波西托，林登伯格和范登布鲁克，这依赖于知识的演变浴。作为第二项研究，我们探讨了Esposito等人的分解。熵产生为系统环境和环境内的相关性，为不同范围的耦合和温度。最后，我们研究了系统与环境之间量子关联的演化，通过对数负性测量纠缠。
2021-08-05 quant-ph
Coherent oscillation in a linear quantum system coupled to a thermal bath
我们考虑的时间发展的密度矩阵的系统耦合到一个热浴，在模型中，超越了标准的两级系统，通过添加的能量激发自由度，并通过一个更复杂的代数取代自旋代数的可能性。我们发现的条件下，增加耦合到浴以上的一定水平降低了熵产生的速率，其中的限制行为是一个无耗散的正弦振荡，可以解释为许多模式的非耦合系统的同步。
2000-08-31 cond-mat.mes-hall hep-ph quant-ph
Irreversible Entropy Production rate in a parametrically driven-dissipative System: The Role of Self-Correlation between Noncommuting Observables
在本文中，我们探讨的维格纳熵产生率的出现在一个双模高斯系统的定态。相互作用的模式消散到不同的局部热浴。另外，由于参量放大过程，其中一个玻色子模演化为压缩热态。利用Heisenberg-Langevin方法，结合量子相空间公式，得到了稳态Wigner熵产生率的解析表达式。它包含两个关键术语。第一个是一个类似Onsager的表达式，描述了系统内的热流。第二项是由于浴槽的真空波动引起的。分析表明，参量放大模的模场之间的自相关将模推向热压缩态。它增加了整个系统的真空熵产，并减少了模式之间的热流。结果表明，与以往的理论不同，压缩效应可以通过不可逆流动来限制实际非平衡热机的效率。
2022-05-20 quant-ph
