Quantum Analog of Carnot Engine
为了建立一个量子模拟的传统卡诺热机，一个常见的选择是用两个量子力学绝热过程代替两个热力学绝热过程。一般来说，这种量子卡诺热机有六个冲程。我们用微扰的方法分析了这种六冲程量子卡诺热机的效率。
2017-10-28 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
The universality of the Carnot theorem
在许多热力学教科书中，通过使用气体、顺磁体和其他简单热力学系统的不同状态方程来说明卡诺定理是很常见的。众所周知，卡诺效率的普遍性很容易在温熵图中得到证明，这意味着卡诺效率与工作物质无关。在目前的工作中，我们注意到卡诺定理的普遍性超出了传统的状态方程，它是由气体状态方程，不表现为理想气体在稀释极限时，体积是无限的。这些非传统的状态方程中的一些具有某些热力学“反常”，但并不妨碍它们服从卡诺定理。我们讨论如何产生这种非常普遍的行为从麦克斯韦关系，这是连接到一个几何性质表示通过保持面积变换。提出了一种利用保面积关系计算热力学系统麦克斯韦关系的规则。以这种方式，可以通过给出包含在相应的吉布斯方程中的所有热力学变量对之间的可能的雅可比恒等式的数目来计算可能的保持区域映射的数目。这项工作是为本科生和热力学及相关领域的专家。
2013-02-04 cond-mat.stat-mech
Maximum Efficiency of Heat Engines Based on a Small System: Carnot Cycle at the Nanoscale
基于小系统研究了卡诺循环热机的最大效率。结果表明，由于系统的有限性，当工质与热浴接触时，可能出现不可逆性。因此，有一个工作物质依赖于通常的卡诺效率的修正，这是有效的，只有当工作物质是在热力学极限。本文用相对熵导出了卡诺循环热机最大效率的一般而简单的表达式。当工作物质的尺寸增加到热力学极限时，该最大效率渐近地接近通常的卡诺效率。我们的研究扩展了卡诺的结果，任意大小的工作物质的情况下，并展示了小系统中的热力学的微妙之处。
2014-02-04 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics at the microscale: from effective heating to the Brownian Carnot engine
本文综述了微尺度下非平衡过程热力学的一系列实验研究。特别是，在这些实验中，我们研究了一个单一的光学捕获微粒浸入水中，并在外部随机力的存在下的热力学性质的波动。在平衡状态下，粒子位置的波动可以用一个有效温度来描述，这个温度可以调节到几千开尔文。等温和非等温热力学过程，也涉及控制参数的变化，通过控制粒子的有效温度和光阱的刚度来实现。由于真正的绝热过程是不可行的胶体系统中，平均绝热协议，没有平均的热量之间交换的粒子和环境进行了讨论和实施。通过连接等温和绝热协议，它示出了如何单粒子卡诺发动机可以构造。最后，我们提供了一个深入的研究的波动的能量和循环的效率。
2016-05-16 cond-mat.stat-mech
Stationary engines in and beyond the linear response regime at the Carnot efficiency
本文研究了定常发动机在线性响应区及线性响应区以外达到卡诺效率的条件。我们发现，这一条件的有限尺寸发动机是显着不同的宏观发动机的热力学极限。对于有限尺寸发动机的情况，线性响应区域中的紧耦合条件直接意味着卡诺效率超出线性响应区域的可获得性。与此相反，对于热力学极限下的宏观发动机，有三种类型的机制来获得卡诺效率。一种机制允许发动机仅在线性响应极限内获得卡诺效率，而另外两种机制允许发动机在线性响应范围之外获得卡诺效率。通过引入紧耦合窗口对这三种机制进行了分类。
2017-05-20 cond-mat.stat-mech
Carnot efficiency at divergent power output
热力学机器在有限功率下实现卡诺效率的广泛争论的可行性已经令人信服地被驳回。然而，普遍的智慧，效率只能是最佳的限制无限慢的过程忽略了无限快的过程的双重场景。我们证实，有效的发动机在不同的功率输出在理论上是不可能的，框架内的随机热力学理论我们的要求。我们检查的情况下，一个电子量子点耦合到三个粒子水库，以说明物理原理。
2017-07-27 cond-mat.stat-mech
Comment on "Carnot efficiency at divergent power output" (and additional discussion)
在最近的一封信[EPL，118（2017）40003]中，Polettini和Esposito声称，理论上，热力学机器可以通过使用无限快的过程在不同的功率输出下实现卡诺效率。然而，这种说法似乎是误导性的，因为它没有得到下面所示的推导的支持。在这篇评论中，我们首先指出，关于最佳效率的概念存在着混淆。然后，我们分析了参考文献[EPL，118（2017）40003]中描述的量子点发动机，并证明卡诺效率仅在输出功率消失时恢复。此外，在附录中还讨论了利用无穷大的摩擦力达到卡诺效率的问题。
2018-01-31 cond-mat.stat-mech
Bounds of efficiency at maximum power for linear, superlinear and sublinear irreversible Carnot-like heat engines
基于弱内可逆假设和唯象不可逆热力学，研究了不可逆类卡诺热机的最大功率效率。结果表明，对于最大功率工作的热机，弱内可逆假设可以退化为传统假设。根据传热率与热力学力之间本构关系的不同特点，类卡诺热机可分为线性、超线性和次线性三类。证明了类卡诺热机的电磁脉冲在线性型时分别有界于$η_C/2$和$η_C/(2-η_C)$之间，在超线性型时分别有界于0和$η_C/(2-η_C)$之间，在次线性型时分别有界于$η_C/2$和$η_C$之间，其中$η_C$是卡诺效率.
2012-04-20 cond-mat.stat-mech
Unattainability of Carnot efficiency in thermal motors: Coarse-graining and entropy production of Feynman-Smoluchowski ratchet
我们重新审视和分析的热力学效率的费曼-Smoluchowski（FS）棘轮，一个经典的思想实验描述了一个自主的热功转换器。从FS棘轮的完整动力学出发，推导出粗粒化导致的隐藏耗散的确切形式，我们重申了其热力学效率的历史争议。隐熵产生的存在意味着应用于粗粒度描述的随机热力学的标准框架未能捕获系统的耗散特征。针对这一问题，我们探索了一个扩展的随机热力学框架，从粗粒度动力学中重建隐藏的熵产生。该方法作为一个关键的例子，我们如何能够系统地解决问题的热力学效率在多变量波动的非平衡系统。
2018-04-08 cond-mat.stat-mech
Efficiency of the general quantum-mechanical Carnot engine
一个量子力学模拟卡诺引擎可逆地工作在消失的温度，简称量子力学卡诺引擎，进行了讨论。本文给出了任意约束势下这种发动机效率的一般公式。它的表达式纯粹是根据能谱的结构给出的。效率依赖于热力学中工质的类似势的形式，意味着发动机的非普适性。这可能是由于在纯态量子力学中缺少类第二定律原理。
2013-04-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Onsager coefficients of a Brownian Carnot cycle
研究了T. Schmiedl和U.塞弗特[Europhys. Lett. \textbf{81}，20003（2008）]中的方法。通过考虑这个循环的熵产生率，我们可以确定循环的热力学力和通量，并计算一般协议的Onsager系数，即任意时间表来改变限制布朗粒子的势。我们表明，这些Onsager系数包含的信息的协议形状，他们满足紧耦合条件，无论我们选择的协议形状。这些性质可以解释有限时间热机中经常出现Curzon-Ahlborn效率的原因。
2010-06-14 cond-mat.stat-mech
A Minimal Model for Carnot Efficiency at Maximum Power
本研究提出一种最小热机模型，借助工作物质内的简并度等固有发散物理量，突破传统热机的功率-效率权衡，实现最大功率下的卡诺效率，为多体系统能量利用的集体优势提供新认知。
2024-11-22 cond-mat.stat-mech
Approaching Carnot Efficiency at Finite Power in an Experimentally Feasible Quantum Heat Engine
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；Inamori Research Institute for Science (InaRIS)（稻盛科学研究所）；Kyushu University（九州大学）
研究热机在有限功率下逼近卡诺效率的问题，提出用超导电路热机模拟集体增强来实现，此结果规避了经典马尔可夫热机功率-效率权衡，连接抽象界限与具体平台，为量子器件设计提供途径。
2026-07-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Entropy-based analysis of single-qubit Otto and Carnot heat engines
Facultad de Ingeniería, Universidad de la República（共和国大学工程学院）
该研究基于熵基理论分析了单量子比特Otto和Carnot热机的效率，揭示了相干工作与熵生成对热机性能的影响。
2026-01-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Revisiting Endo-reversible Carnot engine: Extending the Yvon engine
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）
本文重新审视内可逆卡诺机，扩展了Yvon机模型，揭示了其与CA机在稳态和循环形式上的等价性，为热力学教学提供了示例。
2024-12-31 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Experimental implementation of finite-time Carnot cycle
卡诺循环是理想热机的原型，以最大效率从两个热浴之间的热通量中提取机械能，称为卡诺效率$η_{\mathrm{C}}$。这种效率只能通过具有无限时间的消耗平衡过程来达到，同时伴随着单位时间内功率-能量输出的消失。在现实世界的应用中，追求获得高功率导致一个悬而未决的问题，是否存在一个基本的最大效率有限时间热机与给定的功率。我们实验实现了以密封干燥空气为工质的有限时间卡诺循环，验证了功率与效率之间存在权衡关系。发动机的效率达到$(0.524\pm0.034)η_{\mathrm{C}}$，以产生最大功率，与理论预测$η_{\mathrm{C}}/2$一致。我们的结果将为研究由非平衡过程组成的有限时间热力学提供一个新的平台。
2022-06-21 cond-mat.stat-mech
Efficiency at maximum power of a Carnot quantum information engine
本文针对量子信息引擎，提出了广义有限时间Carnot循环，在低耗散区间优化功率输出，推导出适用于任意工作介质的最大功率效率通用公式，并研究了弱能量测量下qubit信息引擎的最优性能。
2023-01-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
Brownian Carnot engine
卡诺循环对在两个热浴之间操作的宏观马达的效率施加了基本上限。然而，这个界限需要在微观尺度上重新解释，分子生物发动机和一些人造微引擎在那里运行。正如随机热力学所描述的，微观系统中的能量转移是随机的，热波动引起熵的瞬时减小，允许可能违反卡诺极限。尽管其潜在的相关性的发展热力学的小系统，微观卡诺发动机的实验研究仍然缺乏。在这里，我们报告的卡诺发动机的实验实现与一个单一的光学捕获布朗粒子作为工作物质。我们提出了一个详尽的研究的能量的发动机和分析的波动的有限时间的效率，表明卡诺约束可以被超越为少数的非平衡循环。作为其宏观对应物，我们的卡诺装置的能量学表现出人们期望在不同温度下与浴一起操作的任何微观能量换能器中观察到的基本性质。我们的研究结果表征了发动机中不可逆性的来源和效率的统计特性-这一见解可以激发高效纳米电机设计的新策略。
2015-07-30 cond-mat.stat-mech
Comment on: "Sadi Carnot on Carnot's theorem"
卡诺在1824年建立了在绝对温度$T_{hot}$的热浴和温度$T_{cold}$的冷浴之间操作的可逆发动机的效率$η_{C}$等于$1-T_{cold}/T_{hot}$。卡诺特别考虑空气作为工作流体和小浴温差。然而，在最近发表的一篇论文[“Sadi Carnot on Carnot's theorem”，\textit{Am. J. Phys.} \textbf{70}（1），42-47，2002]中，Guemez和其他人考虑了一个包含两个等压线的“修正循环”，他们错误地将其归因于Carnot。他们计算的效率大大低于$η_{C}$，并建议卡诺补偿错误。我们的论点是，卡诺理论恰恰相反，是完全准确的。
2003-07-22 cond-mat.stat-mech physics.hist-ph
The unlikely Carnot efficiency
热机的效率传统上被定义为其平均输出功与其平均输入热的比率。它的最高可能值由卡诺在1824年发现，是热力学的基石概念。它导致了第二定律的发现和开尔文温标的定义。小型发动机工作在高度波动的输入和输出能量通量的存在。因此，它们更好地表现为波动效率。在这项研究中，使用波动定理，我们确定效率波动的普遍特征。虽然标准的热力学效率是，正如预期的那样，最有可能的值，我们发现，卡诺效率是，令人惊讶的是，在很长的时间限制的可能性最小。此外，效率的概率分布假设一个通用的缩放形式时，接近平衡运行。我们说明我们的结果分析和数值模拟两个模型系统。
2014-09-03 cond-mat.stat-mech
Surpassing Carnot efficiency with relativistic motion
School of Mathematics, Statistics, and Physics, Newcastle University（纽卡斯尔大学数学、统计与物理学院）
研究相对论运动对热机性能的影响，利用Unruh-DeWitt探测器作为工作介质，通过速度调节有效温度，实现超越静止系卡诺效率的热机。
2026-07-03 cond-mat.stat-mech gr-qc quant-ph
Optimal finite-time Brownian Carnot engine
胶体系统实验控制的最新进展，刺激了中尺度热力学装置生产的革命。功能“教科书”发动机，如斯特林和卡诺循环，已经在远离平衡的胶体系统中产生。与此同时，在设计和分析此类器件方面也取得了重大的理论进展。在这里，我们使用热力学几何的方法来表征最佳的有限时间，非平衡循环操作的参数谐振子接触随时间变化的热浴，特别关注布朗卡诺循环。我们推导出最佳参数化卡诺循环，以及其他两个新的周期，并比较它们的耗散能量，效率和稳态功率生产对彼此和先前测试的实验协议卡诺循环。我们证明了一个20%的改善耗散能量比以前的实验测试协议和$\sim$ 50%的改善，在其他条件下，我们的发动机之一，而我们最终的发动机是更有效和强大的比我们考虑的其他。我们的研究结果提供了实验实现最佳的中尺度热机的手段。
2022-06-14 cond-mat.stat-mech
Beating Carnot efficiency with periodically driven chiral conductors
传统上，理想热机产生的功率不能大于卡诺极限。这一深刻的结果是基于热力学第二定律。一个热门的问题是，这个界限是否仍然是有效的微发动机远离平衡运行。在这里，我们证明了由交流电压驱动的量子手征导体确实可以以比卡诺束缚大得多的效率工作。该系统还从普通温度浴中提取功，违反了开尔文-普朗克声明。尽管如此，在适当的定义下，熵产生总是正的，第二定律是成立的。获得超过卡诺极限的效率的关键成分是：i）由于AC场的光辅助激发过程的不可逆熵产生，以及ii）由于手性而没有功率注入。我们的研究结果是相关的，鉴于最近的事态发展，使用小导体测试的热力学发动机的基本限制。
2022-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Carnot efficiency is reachable in an irreversible process
在热力学中，有一个传统的信念，即“卡诺效率只有在过程可逆时才能达到。“然而，没有定理证明卡诺效率在不可逆过程中是不可达到的。在这里，我们表明，卡诺效率是通过调查的Feynman-Smoluchowski棘轮（FSR）在一个不可逆的过程中达到。我们还表明，它是可能的，以提高效率，通过增加的不可逆性。我们的结果开辟了一个新的可能性，设计一个高效的热机在一个高度不可逆的过程，也回答了长期存在的问题，是否FSR可以运行的卡诺效率。
2017-05-29 cond-mat.stat-mech
The Poschl-Teller Like Description of Quantum Mechanical Carnot Engine
在这项工作中，一个例子的循环引擎的基础上的量子力学性质的强非线性量子振荡器所描述的Poschl-Teller [PT]模型进行检查。利用我们在文献[1-4]中提出的[PT]模型，通过改变阱的宽度L和阱的量子态，构造了一个量子力学的卡诺循环模拟（即量子热机）。这种量子热机具有由绝热和等温量子过程组成的循环。推导了基于类Poschl-Teller势的量子发动机的效率，并与经典热力学发动机进行了比较。
2021-02-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Beyond the Carnot Limit in the Internal Cycles of a Quantum Heat Engine under Finite Heat Reservoirs
本文解析研究了耦合有限热库的微观量子热机卡诺循环，证明其内部循环可在不消耗额外量子资源的情况下超越标准卡诺极限，并揭示了有限热库热容量对最大效率和功率输出的关键作用。
2024-09-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Carnot efficiency and zero-entropy-production rate do not guarantee reversibility of a process
零熵产生速率下的热力学过程被认为是可逆过程。达到卡诺效率的过程也被认为是可逆过程。因此，“零EP速率下的卡诺效率"条件可被视为可逆过程的强等效条件。然而，在这里，我们表明，细致平衡可以打破零EP率过程，甚至在量子点模型的一个例子中，在零EP率实现卡诺效率的过程。这清楚地表明，“零EP速率下的卡诺效率”或仅仅“零EP速率”不是可逆过程的充分条件。
2018-12-27 cond-mat.stat-mech
Efficiency statistics at all times: Carnot limit at finite power
我们推导出统计的效率的假设下，热力学通量波动与正常的法律，参数化的时间，宏观效率，和耦合参数$ζ$。它有一个奇特的行为：没有力矩，一个次卡诺最大值和一个超卡诺最大值对应于反向操作状态（发动机/泵），最可能的效率随时间降低。卡诺约束可以饱和的极限$ζ\to 0$产生两种极端情况，一种是机器以其宏观效率工作，卡诺极限对应于没有熵产生，另一种是对于像$1/ζ$这样的瞬态时间尺度，微观波动以这样一种方式增强，即最可能的效率在有限熵产生时接近卡诺。
2015-02-18 cond-mat.stat-mech
Efficiency at maximum power of a quantum Carnot engine with temperature tunable baths
我们研究了在两个温度可调浴之间进行有限时间循环的不可逆量子卡诺发动机的最大功率（EMP）效率。我们采用的温度形式可以在高温极限的挤压浴中实验实现，这使得我们的建议具有实际意义。专注于低耗散发动机，我们首先概括的电磁脉冲的温度可调的情况下，他们完全由广义卡诺限制的前上限和下限。作为一个说明性的例子，我们然后考虑一个最小的热机模型与两个级别的自旋作为工作介质。它模仿低耗散发动机确认有限时间热力学优化结果。这样得到的EMP，被约束的广义界限，以及描述的广义Curzon-Ahlborn效率的结果的左/右对称性的速率常数和低耗散。有趣的功能，这种最小的热机下的最佳功率输出也被证明。
2017-10-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Otto and Carnot Cycles via Skew Ising Model
University of Mohaghegh Ardabili（莫哈格赫阿尔达比勒大学）
研究基于斜磁场下两自旋系统的量子热机和制冷机，比较卡诺循环和奥托循环，发现相互作用和 anisotropy 可提升热力学性能。
2026-06-06 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
Hierarchical equations of motion for multiple baths (HEOM-MB) and their application to Carnot cycle
本研究开发了多浴耦合自旋子系统的热力学层次运动方程（HEOM-MB）代码，可模拟多种热力学过程，验证了方法准确性，探究了非马尔可夫效应并模拟卡诺循环，相关代码已开源。
2024-10-30 cond-mat.stat-mech
Molecular kinetic analysis of a local equilibrium Carnot cycle
我们确定了一个理想气体粒子的速度分布函数，它与局部平衡假设和满足内可逆性的基本热力学关系相兼容。我们发现，这种分布是一个麦克斯韦-玻尔兹曼分布与空间均匀的温度和空间变化的当地的质心速度。我们构造的局部平衡卡诺循环的理想气体，基于此分布，并表明，本循环的效率是由内可逆卡诺效率使用的气体的分子动力学温度。我们还得到了在小温差下循环的最大功率效率的解析表达式。我们的理论也被分子动力学模拟所证实。
2017-07-14 cond-mat.stat-mech
Universal optimization efficiency and bounds of Carnot-like heat engines and refrigerators under shortcuts to isothermality
基于平滑地修改系统-储层相互作用的用于等温性捷径的量子热力学协议，可以显著地加速等温过程，同时保持总体耗散常数[Phys.Rev.X. 10，031015（2020）]，我们以直接和统一的方式扩展了对卡诺式热机和制冷机的优化性能的研究。本文导出了在两种统一的优化准则下的热机的通用优化效率和制冷机的性能优化系数，chi准则和omega准则。我们还推导出了热机和制冷机的普遍上下界，并发现在极端非对称的情况下，这些界限可以达到。
2022-11-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Formulation of Entropy through Work by Carnot Machine and Direct Derivation of Law of Entropy Non-Decrease from Kelvin-Planck Principle
本文直接从开尔文-普朗克原理推导熵不减定律，提出基于卡诺机做功的熵表述，并揭示熵为产生系统非均匀性的额外热力学成本。
2025-10-19 cond-mat.stat-mech
Efficiency bounds for nonequilibrium heat engines
我们分析了热机（无论是量子或经典）与一个单一的热库，如大气工作的效率。发动机首先获得能量摄入，这可以以任意非平衡方式进行，例如燃料的燃烧。然后发动机执行工作并返回到初始状态。我们区分两个一般类别的发动机，其中工作机构首先在自身内平衡，然后执行工作（遍历发动机）或当它在平衡之前执行工作（非遍历发动机）。我们表明，在这两种情况下，热力学第二定律限制其效率。对于遍历引擎，我们发现一个严格的上限的效率，这是严格小于等效卡诺效率。也就是说，卡诺效率在单热源热机中永远不可能达到。对于非遍历发动机，效率可以更高，并且可以超过平衡卡诺界限。通过将基本热力学关系推广到非平衡过程，我们找到了各态历经和非各态历经发动机效率的严格热力学界，并证明了它是由非平衡分布和初始平衡分布的相对熵给出的，这些结果为设计更高效的发动机提供了一种新的一般策略.我们用简单的例子来说明我们的想法。
2013-01-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum thermodynamic cycle with quantum phase transition
以Lipkin-Meshkov-Glick（LMG）模型为例，构造了一个由两个等温过程和两个等磁场过程组成的热力学循环，并研究了该循环伴随量子相变（QPT）的热力学性能.我们发现，对于工作在临界温度以下的有限粒子系统，当对应于其中一个等磁过程的外磁场λ 1}达到基态能级的交叉点时，循环的效率能够接近卡诺极限，在大N极限下，该交叉点可以成为QPT的临界点.我们的分析证明，系统的能级交叉在低温极限可以导致量子热机的效率显着提高。在热力学极限的情况下，得到了解析的配分函数，研究了循环在高、低温极限下的效率。在低温下，当等温过程的磁场位于QPT临界点两侧时，循环效率最高，可以达到卡诺效率。这一观测结果表明，在低于临界温度时，LMG模型的QPT有利于热力循环的运行。
2017-08-08 cond-mat.stat-mech quant-ph
The Carnot Cycle for Small Systems: Irreversibility and the Cost of Operations
我们采用最近开发的框架的随机过程的能量（称为“随机能量”），重新详细分析卡诺循环，考虑到波动，而不考虑热力学极限。我们发现，这两个过程的连接和断开热浴和绝热过程，导致扭曲的能量分布是不可避免的不可逆性的来源内的循环。此外，所谓的零复发属性的能量转换的累积效率在许多周期和不可逆的性质的孤立的，纯粹的机械过程下的外部“宏观”操作进行了讨论有关的不可能性，一个永久的机器，或麦克斯韦的恶魔。
2000-08-28 cond-mat.stat-mech
Irreversible efficiency and Carnot theorem for heat engines operating with multiple heat baths in linear response regime
卡诺定理是热力学第二定律的一种表述，它为在两个热浴之间运行的热机的效率设定了一个基本的上限。卡诺定理可以用更一般化的形式来表述，用于在多个热浴中操作的热机，其中最大效率是在两个热浴之间准静态地操作的可逆热机实现的。在这项研究中，我们确定了热机的不可逆效率与多个热浴在线性响应制度，即，在小的温差和控制参数的缓慢变化下，通过量化不可逆操作的耗散的影响。由于所得结果是基于线性响应理论的普遍框架中的线性响应关系和涨落耗散定理，因而对线性响应区的不可逆热机具有广泛的适用性。
2022-06-02 cond-mat.stat-mech
Exploiting coherence for quantum thermodynamic advantage
卡诺发动机的量子模拟的引入基于由具有少量相干性的粒子组成的浴，启动了关于利用不同量子资源以增强超过标准可逆极限的热机的研究的活跃路线，重点是包含量子相干性的非热浴。在我们的工作中，我们调查的相干性的碰撞模型的热力学任务的影响，这是由一个系统相互作用，在连续的时间限制，在不同的温度下的两个浴的一系列相干的附属物。我们的研究结果表明，利用一致性作为一种资源，在机器的操作的优点，并允许它：（i）表现出非常规的行为，如外观的混合制冷机，能够同时制冷和发电的工作，和（ii）作为一个引擎或制冷机的功能与效率大于卡诺约束。此外，我们发现了一个有效的上限的热机作为一个引擎的存在下，一个连贯的水库的效率。
2022-12-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of enhanced heat transfer: a model study
通过外部设备增强能量或物质转移的自发过程的情况在自然界中广泛存在（人类出汗系统、酶催化、跨生物膜的促进扩散、工业热交换器）。然而，这种过程的热力学仍然是开放的。在这里，我们研究了增强传热模型结浸入两个热浴在不同温度$T_h$和$T_c$（$T_h>T_c$）之间。通过外部时变场控制结来增强传递的热功率。假设自发热流过程在结哈密顿量上得到优化，则该自发过程的任何增强都需要消耗和随后的耗散功。增强的效率通过热功率的增量除以消耗的功的量来定义。我们表明，这种效率是有界的$T_c/(T_h-T_c)$。从形式上讲，这与将热量从冷传递到热的普通冰箱的效率的卡诺约束相同。它还具有卡诺束缚的一些（但不是全部）物理特征。
2010-07-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic Bounds on Efficiency for Systems with Broken Time-reversal Symmetry
我们发现，对于打破时间反演对称性的系统的最大效率和效率在最大功率都是由两个参数：一个“品质因数”和一个不对称参数。与时间对称的情况相反，品质因数是有界的;然而，卡诺效率可以在品质因数的值越来越低的情况下达到，并且随着不对称参数的增加而远离所谓的强耦合条件。此外，在线性响应内可以克服最大功率下的效率的Curzon-Ahlborn极限。最后，总是在线性响应内，允许同时具有卡诺效率和非零功率。
2011-11-20 cond-mat.stat-mech
The maximum efficiency of nano heat engines depends on more than temperature
关于热机的最大效率的萨迪卡诺定理在热力学中被认为是非常重要的。这个定理著名地指出，最大效率只取决于发动机所使用的热浴的温度，而不取决于浴的具体结构。在这里，我们表明，当热浴的大小是有限的，当发动机在量子纳米制度，这一说法的修订是必要的。我们表明，人们仍然可以实现卡诺效率，当浴结构上的某些条件得到满足;然而，如果不是这种情况下，那么最大可实现的效率可以减少到一个值，这是严格小于卡诺。我们推导出的情况下，当浴之一是由量子比特的最大效率。此外，我们表明，最大效率是由标准的热力学第二定律，类似于宏观的情况下，或由最大相对熵的不增加，这是一个数量以前与Single Shot制度在许多量子协议。这种相对熵量的出现是由于额外的约束，称为广义自由能，管理nanoregime的结晶转变。我们的研究结果表明，为了最大限度地提高效率，在选择浴哈密顿量应进一步考虑，明确构建量子热机在未来。这种对热力学的理解对旨在构建小型热力机器的纳米级工程具有影响。
2019-08-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
From Rényi Relative Entropic Generalization to Quantum Thermodynamical Universality
结果表明，当用最大熵原理导出热力学结构时，对于熵的各种选择甚至超越平衡态，热力学结构都是“形式不变的”。热力学的形式不变性是指，当所有进入这个关系的实体都被适当地定义时，自由能（内能减去温度乘以熵）的形式保持不变。其中有用的成分是与热密度矩阵相关的平衡熵和任意密度矩阵与热密度矩阵之间的相对熵。为了描述形式不变性，我们考虑量子Rényi熵版本（由参数$α$索引），即，对所有$α$定义了适当内能和平衡态的Rényi熵。当$α\rightarrow 1$ .此外，我们还证明了第二定律卡诺陈述的\textit{universality}是自由能形式不变性的结果。此外，克劳修斯不等式，这是卡诺循环的前身，也被证明持有基于已知的数据处理不等式的传统和夹心Rényi相对熵。因此，我们发现非平衡态的热力学和偏离平衡态的热力学共同决定了热力学定律。
2015-11-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Conservation Laws and Thermodynamic Efficiencies
我们表明，通用系统与一个单一的相关守恒量达到卡诺效率的热力学极限。这样一个一般的结果是说明了硬点弹性碰撞粒子的双原子链的总动量是唯一相关的守恒量。
2013-02-12 cond-mat.stat-mech
Squeezed thermal reservoirs as a resource for a nano-mechanical engine beyond the Carnot limit
通过热机将热能有效地转换成机械功是一个持续的技术挑战。由于卡诺的开创性工作，人们知道，热机的效率是由一个基本的上限，卡诺极限。理论研究表明，热机可以通过利用由温度以及其他参数表征的固定的非平衡储层来在卡诺极限之外操作。在原理验证实验中，我们证明了纳米梁热机耦合到压缩热噪声的效率不受标准卡诺极限的限制。值得注意的是，我们还表明，它是可能的设计一个循环过程，允许提取的机械工作从一个单一的挤压热储。我们的研究结果表明，在小尺度上的非平衡热力学的一个定性的新制度，并提供了一个新的角度设计的高效，高度小型化的发动机。
2017-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Quantum thermodynamics: thermodynamics at the nanoscale
本文简要介绍了量子热力学，讨论了三个新课题：1）有限量子系统的最大功提取。热力学的预言失败了，一个新的、普遍的结果被推导出来，即“各向同性”。2)在从两个温度设置中提取功时，相关性的存在可以将有效效率推到卡诺界限之外。3)在存在水平交叉的情况下，非缓慢变化可能比缓慢变化更优。
2004-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
An Exact Model of the Power/Efficiency Trade-Off While Approaching the Carnot Limit
卡诺热机设定了热机效率的上限。作为一个理想的可逆发动机，一个循环必须在无限长的时间内完成，因此卡诺发动机的功率为零。然而，原则上并不禁止存在一种热机，其效率接近卡诺热机，同时保持有限的功率。这样的发动机必须具有非常特殊的性能，其中一些在文献中已经讨论过，在不同的限制。虽然最近的定理排除了一大类发动机在卡诺效率下保持有限功率的可能性，但接近极限的方法仍然值得深入研究。这里提出的是一个完全可解的模型，这种方法，可以作为一个实验室探索的基本机制。状态方程起源于带电黑洞的扩展热力学。
2018-06-25 cond-mat.stat-mech gr-qc hep-th
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
Quantum Carnot thermal machines re-examined: Definition of efficiency and the effects of strong coupling
本文研究强耦合量子卡诺热机的最大效率，基于精确热力学第一定律提出超额与混合两种效率定义，证明二者分别给出 Carnot 上限保持与强耦合抑制效率的结论。
2024-02-02 cond-mat.stat-mech
Second Law of Thermodynamics with Discrete Quantum Feedback Control
导出了一个新的热力学不等式，该不等式导致在离散量子反馈控制的帮助下，可以从多热浴中提取最大功。最大功由热力学系统和反馈控制器之间的自由能差和广义互信息量确定。该最大功可以超过传统热力学中的最大功，并且在具有两个热浴的热循环的情况下，热效率可以大于卡诺循环的热效率。我们的结果与热力学第二定律的一致性是由反馈控制器的信息处理所需的功这一事实来保证的。
2008-02-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum, cyclic and particle-exchange heat engines
三能级放大器（基于热泵浦激光的量子热机）和经典卡诺循环的热力学行为之间的差异通常归因于前者本质上的量子或离散性质。在这里，我们提供了一些经典和半经典的热机，如电子，热电和光伏器件，都利用相同的热力学机制，实现可逆性的三电平放大器，即等熵（但非等温）之间的热，冷水库的粒子转移的例子。这种机制是不同于等温热传递所需的实现可逆性循环发动机，如卡诺，奥托或布雷顿循环。我们指出，以前发现的一些定性的差异之间的三电平放大器和卡诺循环可能是由于这样一个事实，即它们不是相同的“类型”的热机，而不是量子性质的三电平放大器本身。
2004-11-26 cond-mat.stat-mech
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
