Dephasing and dissipation in qubit thermodynamics
我们分析了量子跳跃（QJ）方法中量子比特的随机演化和退相。它允许人们处理非弹性过程的个别实现，并以这种方式提供解决方案，例如，量子热力学和统计力学中的分布问题。作为一个可解的例子，我们研究了弱耗散极限下的量子比特，并证明了退相和弛豫使非平衡热力学的Jarzynski和Crooks波动关系（FR）完好无损。相反，标准的两次测量协议，只考虑内能$U$的波动，导致在相同条件下的FR的偏差。我们将平均$\langle e^{-βU} \rangle $（其中$β$是逆温度）与量子比特的弛豫和退相速率联系起来，并讨论了不同退相干机制的这种关系。
2015-08-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum correlations and thermodynamic performances of two-qubit engines with local and collective baths
我们研究的热机的工作物质是由两个耦合的量子比特执行广义奥托循环，通过改变其施加的磁场或它们的相互作用强度在压缩和膨胀冲程。在加热和冷却冲程期间，两个量子位耦合到不一定处于平衡的局部和公共环境。我们发现量子引擎的实例耦合到非平衡的共同环境中表现出非平凡的量子相关性所见证的单调依赖的工作产生的量子不和谐和纠缠。
2018-10-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of one and two-qubit quantum refrigerators interacting with squeezed baths: a comparative study
本文比较研究单、双量子比特冰箱在压缩热库中的非平衡制冷性能，发现压缩参数与量子比特数显著影响制冷效果，且双量子比特方案在相同条件下更优。
2023-06-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimality of feedback control for qubit purification under inefficient measurement
量子系统可以被纯化，即，如果在测量过程中应用反馈操作，则投影到纯状态的速度更快。然而，现有的研究结果表明，这种增强只有在测量效率超过0.5时才有可能，这在实验上是难以实现的。我们解决的任务，找到全局最优的反馈控制净化一个量子比特的测量效率低下的存在。我们使用Bloch向量长度，一个比纯度更物理和实用的量，来评估状态的质量，并采用向后迭代算法来找到全局最优策略。我们的研究结果表明，量子效率远低于0.5，这打开了在现有系统中的实验实施的可能性，可加速。
2019-10-06 quant-ph
Approaching the Landauer Bound without Slowing Down
Xiamen University（厦门大学）；Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）；Zhejiang University of Science and Technology（浙江科技学院）
本文从准静态过程、有限时间重置和规模效应三方面证明相干量子比特集体重置在热力学代价和性能上优于并行重置，为量子器件制造提供理论蓝图。
2026-11-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics in Single-Electron Circuits and Superconducting Qubits
本文综述量子纳米结构热现象、测温制冷及单电子电路中的麦克斯韦妖实验，并展望超导电路量子热力学的首批进展。
2018-12-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Entanglement purification for Quantum Computation
我们表明，容错量子计算的阈值是唯一的单系统操作的质量，如果允许d维系统与$8 \leq d \leq 32$。每个系统用来存储一个逻辑量子比特，额外的辅助维度用来创建和净化系统之间的纠缠。具有高达2/3的错误率的物理的、可能概率性的双系统操作仍然是可以容忍的，以在逻辑量子比特上实现确定性的高质量双量子比特门。可达到的错误率是相同的数量级的单系统操作。我们调查我们的计划的几个物理设置可能的实现。
2003-02-17 quant-ph
Distilling Quantum Entanglement via Mode-Matched Filtering
我们提出了一种新的途径蒸馏的量子纠缠，实现了直接通过一个模式匹配滤波器的纠缠量子比特。这种方法可以应用于光子系统中出现的一类常见的纠缠杂质，其中杂质固有地占据与纠缠量子比特不同的时空模式。作为一个具体的应用程序，我们表明，我们的方法可以用来显着纯化的电信波段纠缠产生的克尔非线性单模光纤中，大量的拉曼散射噪声伴随产生。
2011-08-23 quant-ph
Virtual qubits, virtual temperatures, and the foundations of thermodynamics
我们认为，热机可以从“虚拟温度”下的“虚拟量子位”的角度来理解：查看驱动热机的两个热浴的相关方式是作为一个复合系统。虚拟量子比特是这个复合体的两级子系统，它们的虚拟温度可以取任何值，正负。热机通过将外部系统与精心选择的虚拟量子位和温度范围进行热接触来作用于外部系统。我们通过研究最小的热机来证明这些主张。我们进一步表明，这种观点提供了一个强大的方式来查看热力学，通过分析一些现象。这包括接近卡诺效率（我们发现所有机器本质上都是通过等价于最小的热机来实现的），不可逆机器中的熵产生，以及从负温度和粒子数反转的角度看待工作的方法。此外，我们介绍了“真正的”热机器的想法，并导致考虑工作的“强度”的概念。
2012-08-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of a Periodically Driven Qubit
我们的目标是给出一个教学演示的开放系统动力学的周期性驱动的量子位接触的温度浴。我们对量子位的热力学特别感兴趣。众所周知，通过将马尔可夫近似与Floquet理论相结合，可以导出量子比特状态的$\mathbb{C}^2$中的随机薛定谔方程。我们在这里遵循不同的方法。我们利用Floquet理论将时间非自治的量子比特动力学嵌入到时间自治的无限维动力学中。我们将由此产生的无限维系统称为修饰量子比特。利用马尔可夫近似，我们导出了修饰量子比特的随机薛定谔方程。我们的方法的优点是跳跃算子是哈密顿算子的阶梯算子。这简化了热力学的公式。我们利用无穷维系统的热力学来恢复受驱动量子比特的热力学描述。我们比较我们的结果与现有的文献和恢复已知的结果。
2017-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of a minimal algorithmic cooling refrigerator
我们从理论和实验上研究了一种最小三量子位热浴算法冷却制冷机的热力学性能。我们分析计算的性能系数，冷却功率和极化的目标量子位为任意数量的周期，考虑到现实的实验缺陷。我们确定其基本上限在理想的可逆限制，并表明，这些值可以通过实验接近使用一个系统的三个量子位在金刚石中的氮空位中心。
2022-07-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Efficient entanglement purification for polarization logic Bell state with the photonic Faraday rotation
逻辑量子比特纠缠在量子信息处理中，特别是在未来的大规模量子网络中是一种很有前途的资源。利用低质量（Q）腔中的光子-原子相互作用和原子态测量，提出了一种有效的纠缠纯化方案（EPP），用于逻辑Bell态的逻辑量子比特中存在比特翻转错误的非局域混合逻辑纠缠态.与现有的EPP协议不同，该协议还可以净化逻辑反相误差、位反相误差和位反相误差。在协议中，我们只需要测量原子的态，这对于提高未来大规模量子网络中光子系统的纠缠度是有用的。
2016-01-22 quant-ph
Strong Algorithmic Cooling in Large Star-Topology Quantum Registers
将量子比特冷却到一个纯的初始态是实现容错量子信息处理的关键。在这里，我们设想了一个星型拓扑结构的重置和计算量子位为此目的。重置量子位通过在热浴算法冷却过程的帮助下将其熵转移到热浴来冷却或净化计算量子位。通过将标准NMR方法与强大的量子控制技术相结合，我们冷却了两个大的星形拓扑系统的中心量子比特，分别具有13和37个自旋。我们获得了超过24倍的极化增强，以及相关的自旋温度从298 K降低到12 K。利用计算量子比特的增强极化特性，我们制备了15阶的组合相干光。通过基准这些coherency的衰减，我们调查的基础噪声过程。此外，我们还冷却了一对计算量子比特，并随后将它们准备在一个有效的纯态。
2017-07-30 quant-ph
Thermodynamics of one and two-qubit nonequilibrium heat engines running between squeezed thermal reservoirs
本研究针对与压缩热库作用的单、双量子比特有限时间Otto热机展开热力学分析，探究压缩度与量子相干性的相互作用，发现双量子比特热机功率更高，且可通过调节压缩参数切换热机/制冷模式。
2022-09-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Dual-state purification for practical quantum error mitigation
量子误差抑制对于在有限量子比特的噪声量子计算机上进行计算至关重要。在本文中，我们提出了一个实用的协议，通过虚拟纯化的量子态没有量子比特开销或只需要一个辅助量子比特的错误缓解。在双态纯化中，我们分别利用带噪声的量子线路及其逆线路的对偶映射制备错误态及其对偶态，有效地产生保真度增加的纯化态.结合层析纯化，我们可以确保从纯状态获得可观察值的最终估计。数值计算结果表明，该方案通过一个随量子比特数和电路深度而减小的重标度因子来减小误差，即对于较大的电路，净化性能更好。在云量子计算机上，我们成功地证明了减少的误差与量子变分本征解算器电路。
2021-05-04 quant-ph
Heat currents in qubit systems
针对开放量子系统中量子热力学一致性问题，本文利用全局Lindblad主方程方法，研究了单量子比特和耦合双量子比特系统在热库驱动下的热流，给出了符合热力学第二定律的显式表达式，并讨论了稳态相干性。
2024-07-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Two-Qubit Spin-Boson Model in the Strong Coupling Regime: Coherence, Non-Markovianity, and Quantum Thermodynamics
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度焦浦尔理工学院）
研究双量子自旋-玻色子模型在强耦合下的相干性、非马尔可夫性和量子热力学特性，通过HEOM和RCM方法分析耦合特性及熵产计算。
2026-01-21 cond-mat.stat-mech 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
Quantum thermodynamics of Gross-Pitaevskii qubits
University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）；National Quantum Laboratory（国家量子实验室）
研究非线性量子Otto发动机在热力学设备中实现真实量子优势的资源，发现非线性qubit显著优于线性发动机，并提出更高效的量子发动机设计。
2025-10-14 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Purification and correction of quantum channels by commutation-derived quantum filters
本文提出基于交换子导出的量子滤波器，结合QEM与QEC思想，通过辅助量子比特显式校正Clifford电路噪声，并实现指数级误差降低，为可扩展量子误差抑制提供新工具。
2025-10-07 quant-ph
A Novel $q$-Derivative Framework with Applications to $q$-Deformed Thermodynamics and Leakage Suppression in Superconducting Qubits
Centro de Ciências Exatas, Naturais e Tecnológicas - CCENT, Universidade Estadual da Região Tocantina do Maranhão (UEMASUL)（马托格罗索州北部州立大学自然科学与技术科学中心）
本文提出一种基于Jackson $q$-数的新型$q$-导数算子，保持热力学量一致性，并推导出推广DRAG的脉冲修正以抑制超导量子比特泄漏。
2026-09-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Generating steady quantum coherence and magic through an autonomous thermodynamic machine by utilizing a spin bath
如果我们要建造实用的量子器件，在环境中产生稳定的量子性是至关重要的。我们提出了一个方案，通过与另一个量子比特系统的相互作用，产生稳定的相干性和魔术的量子比特系统连接到一个热浴在一定的温度。在这个模型中，在减少的量子位中的相干生成总是可能的。附着在热浴上的简化量子位中的稳定相干性可以用于增强量子吸收制冷机的后续瞬态性能。对于生成魔术的情况下，这是量子资源，负责实施的门，这是不通过稳定器计算模拟，我们表明，存在一个临界温度的热浴超过它是不可能创建魔术减少量子位连接到热浴。在临界温度以下，量子比特之间的相互作用强度必须在一定范围内，才能产生魔法。我们还注意到，通过增加第二量子位与自旋浴的耦合强度，以重置概率为代表，保持第一量子位与热浴的耦合强度固定，可以增加热浴的临界温度以产生魔法。
2018-05-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Distillation Protocols for Mixed States of Multilevel Qubits and the Quantum Renormalization Group
我们研究了应用于某族初始混合二分态的多级量子比特态（qudits）纯化的蒸馏协议的几个性质。我们发现，它是可能的，使用qudits状态，以增加与流方程提取量子比特获得的稳定区域。特别地，对于qutrits，我们得到了具有丰富的不动点结构的精馏过程相图。研究了量子协议的大$D$极限，并在连续极限下得到了一个解析解.在附录中给出了精馏递推关系式的通解。我们强调蒸馏协议的重量放大的概念，而不是出现在Grover算法的量子振幅放大。同样，我们研究了量子蒸馏和量子重整化过程之间的关系。
2003-01-20 cond-mat hep-th quant-ph
Extended quantum Maxwell demon acting over macroscopic distances
量子麦克斯韦恶魔是一种可以通过提供纯度来降低量子系统熵的设备。这种量子恶魔的功能植根于交换混合态和纯态的量子力学SWAP操作。我们描述了一个量子麦克斯韦恶魔的设置和性能，从远处净化能量孤立系。我们基于cQED的设计涉及两个transmon量子位，其中混合态目标量子位由通过非谐振传输线连接的纯态demon量子位纯化;这种配置自然会产生iSWAP门。虽然不如一个完整的SWAP门强大，我们表明，假设当今的性能特征的cQED实现，这样一个扩展的量子麦克斯韦恶魔可以净化的目标量子位在宏观距离上的数量级米，并容忍升高的温度的顺序几开尔文的传输线。
2018-11-13 quant-ph
The thermodynamic uncertainty relation of a quantum-mechanically coupled two-qubit system
本文将热力学不确定性关系从单二能级系统推广到量子力学耦合的双量子比特系统，发现TUR界限随耦合强度变化，弱耦合时约为1.25，强耦合强场下约为1.36，为理解更一般N-量子比特系统的TUR奠定基础。
2025-07-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum process inference for a single qubit Maxwell's demon
虽然量子测量理论是围绕密度矩阵和可观测量建立的，但热力学热力学定律是基于热机和制冷机中使用的过程。量子热力学的研究融合了这两种不同的范式。在这篇文章中，我们强调使用量子过程矩阵作为一种统一的语言来描述量子制度中的热力学过程。我们的实验表明，这在量子麦克斯韦恶魔的背景下，其中两个主要的量通常进行调查;平均工作提取$\langle W \rangle$和功效$γ$，它的措施如何有效地反馈操作使用所获得的信息。利用量子过程矩阵的工具，我们开发了这两个量的最佳反馈协议，并在超导电路QED装置中进行了实验研究。
2021-06-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Thermodynamics applied for Quantum Refrigerators cooling down a qubit
我们讨论了一种量子制冷机，以增加目标量子比特的基态概率，该目标量子比特的基态和激发态之间的能量差小于环境的热能。我们考虑两种类型的量子冰箱：（1）一个额外的量子比特与频繁的脉冲操作和（2）两个额外的量子比特没有它们。从量子热力学的观点对这两种制冷机进行了评价。更具体地说，我们计算了从目标量子比特中移除的热量，为系统所做的工作，以及性能系数（COP），热量与工作之间的比率。我们表明，第二种类型的COP优于第一种类型。我们的研究结果对设计高性能的量子制冷器具有重要的参考价值。
2022-10-06 quant-ph
Quantifying memory capacity as a quantum thermodynamic resource
众所周知，存储器的信息承载能力是一种促进热量转化为功的热力学资源。Szilard的引擎通过一个涉及能量简并两态存储器的玩具例子来解释这种联系。我们设计了一种形式来量化具有非平凡能量景观的一般量子系统中记忆的热力学值。称之为热信息容量，我们表明，它收敛到非平衡亥姆霍兹自由能的热力学极限。我们精确地计算了一个一般的两态（量子位）存储器的容量远离热力学极限，并发现它是不同于已知的自由能。我们概述了一个显式的记忆-浴耦合，可以近似的最佳量子比特的热信息容量任意好。
2019-02-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum finite-time thermodynamics: insight from a single qubit engine
将时间转化为热力学允许解决效率和功率之间的权衡。量子比特引擎作为一个玩具模型，以开放系统的量子理论为基础，从第一原理出发研究这种权衡。我们研究了不可逆性的量子起源，起源于热输运，量子摩擦和热化存在的外部驱动。我们构造各种有限时间发动机循环的基础上的奥托和卡诺模板。我们的分析强调了相干性的作用和熵产生的量子起源。
2020-09-06 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
Ergotropy from energetic coherence and the third law of thermodynamics
Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）；Università di Pavia（帕维亚大学）；Farmingdale State College SUNY（法明代尔斯州立学院）
本研究通过复合系统-浴耦合产生稳态相干性，研究量子比特电池的可提取功，发现其来自相干性，低温下受第三定律限制，且多量子比特时相干性指数增长而可提取功线性增长。
2026-10-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal Fidelity-Aware Entanglement Distribution in Linear Quantum Networks
该研究针对两链路线性量子网络的保真度最大化纠缠分发问题，证明纠缠交换和纯化分别等价于二分图与非二分图的最大权匹配，提出两种多项式算法并通过数值实验验证了PtS性能更优、StP省略纯化可获显著收益。
2024-07-12 cs.SY eess.SY quant-ph
Thermodynamic Limit in the Two-qubit Quantum Rabi Model with Spin-Spin Coupling
本文研究具有自旋-自旋耦合的两量子比特量子拉比模型，通过引入由耦合与模频率无穷大比值决定的热力学类极限，揭示了该系统中二阶超辐射量子相变的发生。
2024-01-08 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
Thermodynamics of local baths in the context of work extraction
我们考虑局部热态（两个量子比特），它们之间存在一定量的量子纠缠。与以前的协议不同，我们展示了如何通过允许这两个量子位与不同温度的热浴相互作用，从而逐渐消除它们之间的纠缠，直到它们达到直接的产物状态，从而通过对这种状态进行局部幺正操作来提取工作。此外，我们证明，进一步的工作可以从这个直接的产品状态提取通过执行全球幺正操作，从而建立工作可以从一个系统组成的本地热子系统，即使在删除它们之间的量子相关，如果子系统在不同的温度下热化。我们还表明，即使我们考虑两个量子比特之间没有纠缠的初始状态，我们也可以使用我们的方法在本地提取功。
2017-08-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
Effective thermodynamics of strongly coupled qubits
在低温下，量子系统与其环境之间的相互作用可能导致系统违反热定律。这些违反的根源是系统与环境之间的纠缠，它阻止系统进入热态。另一方面，对于两态系统，我们表明，可以定义一个有效的温度，将系统置于一个“伪热”的状态，有效的热定律得到维护。然后，我们数值探索这些主张的n态系统的灵感来自自旋玻色子环境。
2011-08-24 cond-mat.other cond-mat.stat-mech quant-ph
Dynamical entanglement purification using chains of atoms and optical cavities
在腔QED的框架下，我们提出了一个利用耦合到高精细度光腔中的短原子链来动态纯化二体纠缠态的实用方案。与传统的纠缠纯化协议相比，我们避免了CNOT门，从而减少了复杂的脉冲序列和多余的量子比特操作。我们的相互作用方案以确定性的方式工作，并与纠缠分布和交换一起，为长距离量子通信的高效量子中继器开辟了一条道路。
2015-04-29 quant-ph
Promoting quantum correlations in DQC1 model via post-selection
单量子比特确定性量子计算（DQC 1）模型是一种能够有效计算酉矩阵正规化迹的限制性量子计算模型。在这项工作中，我们分析的量子相关性命名为纠缠，贝尔的非局域性，量子不和谐，并考虑只有两个量子比特（辅助和控制）的DQC 1电路产生的相干性。对于标准DQC 1模型，只出现量子不和谐和相干。通过在电路中引入滤波器，我们净化了辅助量子比特，将其从完全混合态中取出，从而促进了量子比特之间的其他量子关联，例如纠缠和贝尔非定域性。通过对纯化过程的优化，我们得出结论，即使是很小的纯化也足以产生纠缠和Bell非定域性。平均而言，我们得到，重复应用纯化过程12次，辅助量子比特的纯度达到99%。在这种情况下，几乎达到最大纠缠态，这反过来，几乎最大限度地违反贝尔不等式。这一结果表明，通过简单的修改，DQC 1模型可以被提升为量子计算的通用模型。
2020-10-21 quant-ph
Thermodynamically Optimal Protocols for Dual-Purpose Qubit Operations
针对量子比特双态变换的热力学最优实现问题，本文提出显式能量最优协议，证明了变换可行性条件并量化了可提取功，揭示了热力学准静态理想与信息论输出态可区分性要求的根本不相容性。
2024-05-21 quant-ph
Demonstration of irreversibility and dissipation relation of thermodynamics with a superconducting qubit
实验研究了超导Xmon量子位元的耗散与量子不可逆性之间的关系。在不可逆计算中，这种关系也包含了第二定律和关于耗散的Landauer原理。在我们的实验中，量子比特被初始化为根据吉布斯分布的状态。工作注入和提取过程通过两种单一的驱动协议进行，无论是前向过程和相应的镜像反转。采用相对熵和相对Re'nyi熵来度量成对的前向和后向功注入或提取过程之间的不对称性。实验表明，测量不可逆性的相对熵和相对Re'nyi熵分别与功耗散的平均值和指数化功耗散的平均值有关。我们的工作为量子热力学理论提供了坚实的实验支持。
2017-11-07 quant-ph
Thermodynamic fingerprints of non-Markovianity in a system of coupled superconducting qubits
利用和表征系统与环境相互作用产生的记忆效应是超越标准马尔可夫极限的量子水库工程的关键先决条件。在本文中，我们研究了一个原型的非马尔可夫动力学实验实现超导量子比特。我们严格量化非马尔可夫性，突出环境温度对马尔可夫到非马尔可夫交叉的影响。我们研究记忆效应如何影响，特别是抑制，在驱动量子位上执行工作的能力。我们表明，在量子位上执行的平均工作可以用作诊断工具来检测是否存在记忆效应。
2018-03-15 quant-ph
Quantum state complexity and the thermodynamic arrow of time
为什么时间是一条单行道？时间之箭的起源是什么？我们将热力学时间箭头归结为量子态复杂度增加的方向。受Nielsen，Susskind和Micadei工作的启发，我们在简单的两个量子比特和三个量子比特量子系统上验证了这一假设。结果表明，在双量子比特系统中，时间的热力学箭头总是指向量子态复杂度增加的方向。对于三量子比特系统，子系统之间的热流模式与子系统的量子态复杂度密切相关。我们认为，除了对宏观空间几何的影响外，量子态复杂性还可能产生热力学时间箭头。
2017-12-19 quant-ph
Quantum thermal machine acting on a many-body quantum system: role of correlations in thermodynamic tasks
我们研究了三能级热机作用于多量子比特系统时的功能，整个系统被放置在电磁场中的静态热平衡配置。这种现实的设置介于迄今为止探索的单量子位和宏观物体目标的两种情况之间，提供了有关热力学背景下纯量子性质的系统尺寸缩放的信息。我们表明，由于场诱导的量子位之间存在鲁棒相关性，机器可以将热力学任务局部交付给每个量子位，也可以集体交付给多量子位系统：这使得任务也可以在比机器尺寸大得多的系统上交付。
2016-01-29 quant-ph
Finite size bath in qubit thermodynamics
我们从量子热力学的角度讨论了一个量子比特弱耦合到一个有限大小的热浴（热量计）。沉积在这个环境中的能量以及量子比特的状态为分析这个封闭组合系统的热和功统计提供了基础。我们提出了两个代表性的模型，其中浴是由两个级别的系统或谐振子，分别的结果。最后，我们得到了一个开放量子系统的结果组成的上述量子位加上有限尺寸浴，但现在后者是耦合到一个几乎无限的浴相同性质的振荡器或两个能级系统。
2016-02-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimally Fast Qubit Reset
本文提出通用框架确定任意重置速度下量子比特重置的最小热力学代价与最优协议，揭示短时极限下最小熵产生的发散行为取决于跳跃算符性质，并指出超欧姆玻色子热库是合适选择。
2024-12-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic state convertibility is determined by qubit cooling and heating
该研究在量子资源理论框架下，揭示了准经典非热资源的态可转换性可完全通过其冷却、加热量子比特的能力表征，解决了非热态调控热平衡量子系统温度的核心问题。
2023-12-12 quant-ph
Bounding Fault-Tolerant Thresholds for Purification and Quantum Computation
在本文中，我们提出了一个界限，当它是不可能的净化一个嘈杂的两个量子比特状态，如果在净化协议中使用的所有门受到对抗性的本地，独立的，噪声。结果表明，门运算误差必须小于5.3%。一个现有的证明，纯化是等价于错误校正是用来表明，这个界也可以应用于级联纠错码在存在噪声门，从而给出了一个限制的容错量子计算机形成的级联的容错错误率。这也适用于错误检测和后选择的情况下，由Knill提出的，是用来提高阈值。我们证明了门/环境引起的错误旋转和量子比特丢失错误之间的权衡。
2008-05-20 quant-ph
Thermodynamic optimization of quantum algorithms: On-the-go erasure of qubit registers
我们考虑了量子计算中的两个瓶颈：有限的内存大小和散热引起的噪音。为了优化两者，我们研究了给定算法不再需要的量子寄存器的“在移动中擦除”：当辅助量子位不再有用时，释放它们将促进计算的并行化。我们研究了在这些情况下擦除的最小热力学成本，应用结果的纠缠量子寄存器的朗道擦除。对于类的算法解决阿贝尔隐藏子群问题，我们找到最佳的去擦除协议。我们得出结论，这是一个权衡：如果我们有足够的关于问题的部分信息来构建有效的移动擦除，我们可以用它来简化算法，这样一来，首先需要更少的量子位来运行计算。我们为这两种方法提供了明确的协议。
2022-12-21 quant-ph
Faithful entanglement purification for high-capacity quantum communication with two-photon four-qubit systems
由于光子系统的超纠缠在大容量量子网络中提供了许多独特的机会，超纠缠纯化协议（hyper-EPP）成为一项重要的工程工作，其实现质量备受关注。本文通过构造超编码光子的多个量子鲁棒量子线路，首次提出了二自由度非定域双光子系统的忠实超EPP理论方案.利用这种忠实的超EPP，可以有效地校正偏振和空间模式自由度中的比特翻转误差，并且原则上可以通过执行超EPP多轮来实现两个自由度中的最大超纠缠。此外，由于在这些量子线路中，来自实际散射的误差被转换成可检测的故障而不是不忠，因此具有鲁棒性的量子线路、奇偶校验的量子非破坏检测器和SWAP门使得这种超EPP忠实地工作。此外，这种超EPP可以直接扩展到纯化单偏振或空间模自由度纠缠的光子系统以及偏振和多空间模自由度超纠缠的光子系统。
2018-12-02 quant-ph
Qubit thermodynamics far from equilibrium: two perspectives about the nature of heat and work in the quantum regime
考虑到一个基于熵的划分转换成热量和工作的能量，我们开发了一个替代的理论框架的二能级系统的热力学分析。当比较这些结果与这些量的标准定义下获得的结果时，我们观察到一个新的工作项的出现，它表示在定义局部哈密顿量的外场存在下旋转布洛赫矢量的能量成本。此外，我们得到了显式的温度，热容量和系统的内部熵产生的两种范式。为了说明我们的研究结果，我们研究，从这两个角度来看，两个不同的系统的物质辐射相互作用过程。
2021-03-16 quant-ph
Thermodynamic Effects of Single-Qubit Operations in Silicon-Based Quantum Computing
硅基量子逻辑是实现通用量子计算的一种很有前途的技术。人们普遍认为，需要一个毫开尔文的低温环境来容纳硅基量子比特。由于制冷系统的冷却能力有限，这引发了该技术的最终可扩展性的问题。在这项工作中，我们回答了这个问题，通过研究能量耗散由于核自旋杂质和量子比特控制脉冲之间的相互作用。我们证明，这种相互作用限制了可持续的数量单量子位操作每秒给定的冷却能力。我们的研究结果表明，在热能耗散成为问题之前，最先进的稀释制冷机原则上可以容纳数百万量子比特的操作。
2017-04-18 cond-mat.other quant-ph
Reduction of thermodynamic uncertainty by a virtual qubit
Tianjin University（天津大学）
通过虚拟量子比特操控，研究揭示了量子热力学效应如何影响热力学不确定性关系，展示了经典与量子贡献的分解及优化条件。
2026-01-27 quant-ph
Unlocking thermodynamic multitasking: Exploring the functioning of two-qubit engines through coherence and entanglement
本文研究双量子比特热机在双热浴和耗散环境下的运行，揭示纠缠与相干性对运行模式、信息流和效率的影响，并确定热机与制冷机模式的最优参数区域。
2025-02-07 quant-ph
Thermodynamic precision in the nonequilibrium exchange scenario
本文研究双量子比特纠缠非平衡稳态在交换场景中的热力学不确定关系，解析证明了其对于特定酉变换成立但对其他酉猝灭失效，并揭示了纠缠对精确功吸收的积极作用。
2023-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
