Designing optimal discrete-feedback thermodynamic engines
反馈可用于将信息转换为有用的功，使其成为提高热力发动机性能的有效工具。使用反馈可逆性作为指导原则，我们设计了一种方法，用于设计最佳的反馈协议的热力学发动机，提取反馈过程中获得的所有信息作为工作。我们的方法是基于这样的观察，即在一个反馈可逆的过程中，测量和随后的协议的时间反转都准备在相同的概率状态的系统。我们说明了我们的方法的效用与多粒子Szilard引擎的两个例子。
2011-10-31 cond-mat.stat-mech
Experimental characterization of autonomous heat engine based on minimal dynamical-system model
自主式热机是一种利用非平衡流进行操作的自主非平衡系统（如生物细胞）的模型系统。由于卡诺热机对平衡态热力学的贡献是本质性的，因此自主热机有望在构建非平衡态热力学的挑战中发挥关键作用。然而，发动机的高度复杂性，涉及热，气流和力学之间的复杂耦合，阻碍了简单的建模。在这里，我们的实验特点的非平衡动力学和热力学的低温差斯特林发动机，这是一个模型自主热机。我们的实验表明，核心发动机动力学定量描述的最小动力学模型只有两个自由度。该模型提出了一个新的概念，说明了发动机作为一个由热力学力驱动的热力学钟摆。这一工作为从简单动力学系统出发研究自治系统的非平衡态热力学开辟了一条新途径。
2020-04-23 cond-mat.stat-mech
Dissipative heat engine is thermodynamically inconsistent
考虑了基于卡诺循环运行的热机，其中所执行的机械功在较暖等温线的温度下在发动机内耗散，并且所产生的热与外部热输入一起被添加到发动机。发动机每个循环所作的功增加了，但损失了前一个循环所消耗的功。结果表明，这样一个耗散的热机是热力学不一致的违反热力学第一和第二热力学定律。现有的采用耗散热机概念的物理模型，特别是飓风发展的热机模型，在物理上是无效的。
2009-10-05 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.class-ph
Linear Irreversible Thermodynamics and Onsager Reciprocity for Information-driven Engines
在非平衡态热力学的最新进展中，信息被认为是一种热力学资源，它可以驱动热力学流，而不需要能量的直接注入。在本文中，我们建立了一个广泛的自治信息处理类的线性不可逆热力学的框架。特别是，我们证明了Onsager互易性与信息成立：线性响应矩阵是定义良好的，并与信息亲和力和传统的热力学亲和力对称。作为一个应用程序，我们推导出一个普遍的约束的效率在最大功率的信息驱动的引擎在线性制度。我们的结果揭示了信息流在线性不可逆热力学中的基本作用，并将适用于研究信息在生物系统中的作用。
2016-11-21 cond-mat.stat-mech
Szilard Engines as Quantum Thermodynamical Systems
我们分析了一个发动机的工作流体由一个单一的量子粒子，并行西拉德的建设一个经典的单粒子发动机。在他使用后者解决麦克斯韦第二定律悖论之后，量子引擎的设计反映了经典的混沌Szilard Map，它操作测量，热能提取和内存重置的热力学循环。聚焦于观察和控制粒子的热力学成本，并在量子和经典极限中比较这些成本，我们详细介绍了量子和经典制度中信息处理引起的热力学耗散的朗道原理背后的热力学权衡。特别是，发现与经典发动机，我们表明，在一个周期的热力学成本的总和服从广义朗道原理，精确平衡从热浴中提取的能量。因此，量子引擎遵守第二定律。然而，量子引擎是通过完全不同的机制来实现的：经典的测量和擦除决定了热力学，而在量子实现中，分区插入的成本是关键。
2022-12-06 cond-mat.stat-mech nlin.CD quant-ph
Generalized thermodynamics of an autonomous micro-engine
我们将自主微型发动机作为一个封闭的量子力学系统进行分析，包括它所做的工作和消耗的燃料。我们的模型系统通过示例表明，可以在快自由度和慢自由度之间稳定且自发地传递能量，类似于内燃机将化学能转化为功的方式。在证明了这种可能性之后，我们观察到我们的微型发动机的封闭系统量子动力学与热力学第一和第二定律之间的密切类比。从这些类比，我们推导出一个广义的热力学公式，仍然有效的微观尺度。
2013-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
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
Engine efficiency at maximum power, entropy production and equilibrium thermodynamics
卡诺热机为实际热机的效率设定了上限。一个任意的不可逆发动机有时被认为与Curzon-Ahlborn发动机的性能非常接近。后者的效率通常是通过在非均衡框架下调用最大功率原理来获得的。我们在这里概述了两个合理的路线内的经典热力学领域达到相同的表达式。对现有实际发动机性能的进一步研究表明，一个更简单的近似公式在效率的界限方面工作得更好。在实际的源和汇之间放置一个中间温度的水库会导致一些有趣的额外观察。
2016-06-16 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Underdamped stochastic thermodynamic engines in contact with a heat bath with arbitrary temperature profile
我们研究接触热浴，可能有一个任意的随时间变化的周期性温度分布的热力学过程。在随机热力学的框架内，和模型的热动力发动机在理想化的情况下，欠阻尼颗粒在低摩擦制度，我们推导出明确的界限，以及最优控制协议，绘制最大功率，并实现最大效率在任何指定的功率水平。
2022-04-04 cond-mat.stat-mech math.OC
Active engines: Thermodynamics moves forward
热力学热机的研究是建立平衡热力学原理的关键，其意义远远超过发动机优化。对于非平衡系统，根据定义，即使在静止时也会耗散能量，如何最好地将这种耗散转化为有用功在很大程度上仍然是一个悬而未决的问题，具有类似的潜力来阐明一般的物理原理。本文综述了近年来在研究活性物质发动机性能方面的理论进展。我们区分两个主要类别，无论是自主引擎利用粒子电流，或循环引擎应用周期变换的系统，并提出了迄今为止的优化策略。我们描述了以前的研究的局限性，并提出了一些未来的观点，以期建立一个一致的热力学框架远离平衡。
2021-05-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Finite-time thermodynamic process of a two-level quantum heat engine
本文考虑一个二能级量子热机模型，研究了有限时间运行下不同条件下热力学量的显式解析表达式。在该发动机中，工作物质由浸没在磁场中的自旋半粒子组成。有限时间热力学过程由两个量子绝热过程和两个量子等温过程组成。该过程在具有相反温度$β_{1}$和$β_{2}$（$<β_{1}$）的两个热源之间工作。在这个过程中，我们得到的功，热，功率和效率在最大功率输出的模型。最大功率效率的结果与卡诺效率的一阶普适值一致。
2022-07-02 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic universality of quantum Carnot engines
热力学第二定律的卡诺陈述对所有热机的效率提出了上限。最近，已经研究了诸如相干性和量子纠缠的通用量子特征是否可以允许量子器件具有大于卡诺效率的效率。目前的研究表明，这是不允许的热力学热力学定律。特别是，我们将证明，而不是热的定义必须修改，以考虑到维持相干性和纠缠的热力学成本。我们的理论研究结果数值说明了实验相关的例子，从光学力学。
2015-10-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic Overfitting and Generalization: Energetic Limits on Predictive Complexity
本文研究信息引擎中复杂预测记忆的能量收益与过拟合风险，提出由物理约束导出的热力学正则化器，证明其能有效提升预测模型泛化性能，揭示物理定律为涌现复杂性与预测智能创造条件。
2024-02-26 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
Multilevel quantum thermodynamic swap engines
我们研究了二冲程量子热力学发动机中的能量交换和涨落，其中工作流体由两个多级量子系统表示，即qudits，热流通过在不同温度下的两个热库的弛豫来允许，并且功交换通过部分交换幺正相互作用来操作。我们确定了三个制度的操作（热机，制冷机，热加速器），目前的熵产生和信噪比的功和热之间的热力学不确定性关系，并推导出完全的联合概率的随机工作和热。我们的研究结果弥合了双量子比特和双模玻色子交换引擎之间的差距，并显示了哪些属性被保持（例如，非波动的奥托效率）以及因增加维数而损失的部分（例如，标准热力学不确定性关系的小的违反或超过Curzon-Ahlborn效率的可能性）。
2021-07-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic Geometry of Microscopic Heat Engines
我们开发了一个几何框架来描述由缓慢的周期性温度变化和机械控制参数的调制驱动的微观热机的热力学。涵盖经典和量子制度，我们的方法揭示了一个普遍的效率和功率之间的权衡关系，仅从几何参数，并持有任何物理一致的微观动力学。专注于Lindblad动力学，我们得出的第二个界限表明，作为一个真正的量子效应的一致性不可避免地降低了性能的缓慢发动机循环，无论驱动振幅。为了证明我们的结果的实际适用性，我们制定了一个单量子位的热机，这是在当前的固态技术的范围内的例子。
2019-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
On the relation between information and power in stochastic thermodynamic engines
信息就是力量这句俗语在随机热力学中有严格的形式，两者之间的定量等价有助于解释麦克斯韦恶魔减少熵的能力的悖论。在本文中，我们建立在早期的工作之间的相互作用的相对成本和利益的信息在产生工作的热力学发动机的循环操作（桑德伯格等人。2014年）。具体而言，我们研究了一般情况下的过阻尼粒子在时变电位（控制动作）的反馈，利用连续测量（非线性滤波）的热力学系综，产生适当的适应热力学第二定律，涉及信息。
2021-03-05 cond-mat.stat-mech cs.SY eess.SY
Using a quantum SWAP engine to experimentally validate thermodynamic uncertainty relations
本文在核磁共振平台上实验实现量子SWAP引擎，验证广义热力学不确定性关系在所有工作区间成立，而更紧致的TUR在部分区间被违反。
2024-10-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
The Anyonic Quantum Carnot Engine
本文研究以二维任意子为介质的量子卡诺热机，推导出其效率的显式表达式，为探索小尺度量子系统的热力学及从量子统计中提取机械功提供了新途径。
2025-04-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Reaching and violating thermodynamic uncertainty bounds in information engines
热力学不确定性关系（TURs）为随机系统的涨落和耗散设定了基本界限。在这里，我们研究这些界限，在实验和理论上，通过探索整个相空间的循环信息引擎在非平衡稳态运行。接近其最大效率，我们发现，发动机违反了原来的TUR。TUR违反的第一个实验证明同意最近提出的较软的界限：发动机满足两个广义TUR界限来自详细的波动定理与反馈控制和另一个界限连接波动和耗散的互信息和Renyi发散。我们研究了工作波动和耗散的相互作用如何塑造引擎的信息转换效率，并发现耗散在有限的噪声水平下是最小的，原始的TUR被违反。
2020-09-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of a continuous quantum heat engine: Interplay between population and coherence
我们提出了一个详细的热力学分析的三能级量子热机连续耦合到热和冷水库。该系统是由一个振荡的外场驱动，并由马尔可夫量子主方程描述。我们采用了与热力学一致的广义形式。我们计算的热量，功率和效率的系统的热力发动机的操作制度，并检查热力学的不确定性关系。系统的效率强烈依赖于蒸发器的结构，并且不同水平之间的相关性可能是理想操作的障碍。在量子系统中，热通量被分解为粒子数和相干部分。相干部分是量子系统特有的，与布居部分相反，它不能用线性响应区域中的简单级数展开来表示。我们讨论了人口和相干部分之间的相互作用如何影响的性能的热机。
2021-10-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic Uncertainty Relations for Bosonic Otto Engines
我们研究了双模态玻色子发动机的奥托循环。两个玻色子系统之间的能量交换是由模式算子建模频率转换中的可调酉双线性相互作用提供的，而循环操作是由每个相互作用阶段之后在不同温度下的两个浴的弛豫来保证的。通过两点测量方法，我们提供了随机功和热的联合概率。我们推导出精确的表达式工作和热波动，身份之间的相互依存关系，平均提取的工作，波动和效率，以及热力学不确定性之间的关系观测到的工作和热的信噪比和熵产生。我们概述了如何提出的方法可以适当地应用于推导出热力学不确定性关系的量子奥托引擎与替代单一的中风。
2020-12-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic uncertainty relation in nondegenerate and degenerate maser heat engines
本文研究了非简并三能级和简并四能级脉泽热机的热力学测不准关系。在非简并情况下，我们考虑了两种略有不同的三能级脉泽热机结构，并对比了它们对标准TUR的违反程度。在高温极限下，这两种构型都违反了标准TUR关系。我们还揭示了TUR的不变性下的物质场耦合常数和系统浴耦合常数的同时重新标度。对于简并四能级发动机，我们研究了噪声诱导相干性对TUR的影响。我们表明，根据操作的参数制度，噪声引起的相干性可以抑制或增强相对功率波动。
2022-12-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Shortcut-to-adiabaticity Otto engine: A twist to finite-time thermodynamics
我们考虑一个有限时间的奥托发动机上运行的量子谐振子和驱动的捷径绝热（STA）技术，以加快其周期。我们研究它的效率和功率时，内摩擦，时间平均工作，和工作波动被用作定量的品质因数，表明时间平均效率和功率是有用的成本函数的发动机的性能的表征。然后，我们使用STA协议关系的有效性的最小允许时间来建立STA驱动周期的最大功率下的效率的物理相关的约束。
2019-02-23 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
Manipulation of information flow and thermodynamic performance in nonreciprocal quantum dot information engines
Shanghai University（上海大学）
本文通过扩展热力学第二定律，研究非互易耦合对双量子点信息引擎中信息流和热力学性能的调控机制，并证明非互易性可等效映射为有效互易系统。
2026-05-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Statistical thermodynamics of supercapacitors and blue engines
我们研究电极电解质系统的热力学，例如充满离子液体的超级电容器或充满河水或海水的蓝能设备。通过适当的热力学变量的映射，我们确定了与经典热机的强类比。我们介绍了几个勒让德变换和麦克斯韦关系。我们认为，应该区分在恒定离子数和恒定离子化学势的微分电容，并推导出它们之间的关系，类似于在恒定体积和恒定压力下的热容之间的标准关系。最后，我们考虑在给定电极电位下电极电荷的概率分布，其标准偏差由微分电容给出。
2012-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Weighted reciprocal of temperature, weighted thermal flux, and their applications in finite-time thermodynamics
针对工作在两个热浴之间并输出机械功的热机，提出了温度加权倒数和加权热流密度的概念。借助于这两个概念，广义热力学通量和力可以在不可逆热力学的框架内以一致的方式表示。在紧耦合条件下，基于一般模型，研究了有限时间热力学中的关键问题之一--热机的最大功率输出效率。相应的结果与低耗散热机[M.埃斯波西托河Kawai，K. Lindenberg和C.范登布鲁克，{物理学评论Lett。} \textbf{105}，150603（2010）]。建立了两种典型热机（低耗散热机和费曼棘轮热机）到本通用模型的映射。最大功率输出时的效率可达二次幂，对于两个热浴对称紧耦合的热机是有效的。本文还将加权温度倒数和加权热流密度的概念移植到制冷机的优化设计中。
2014-01-22 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of non-Markovian reservoirs and heat engines
我们发现，非马尔可夫效应的水库可以作为一种资源，从奥托循环提取工作。非马尔可夫动力学下的状态转换是通过两步过程实现的，即使用马尔可夫库的等温过程和随后的绝热过程。从热力学第二定律，我们表明，从状态下准备的非马尔可夫动力学的最大量的可提取的工作量化的一个下界的非马尔可夫。我们用一个明确的非马尔可夫进化的例子来说明我们的想法。
2018-06-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic Features of a Heat Engine Coupled with Exponentially Decreasing Temperature Across the Reaction Coordinate, as well as Perspectives on Nonequilibrium Thermodynamics
本研究推导了指数递减温度分布下热机的热力学关系，发现其比分段、线性或二次温度分布具有更高速度、熵产生和效率，且布朗粒子在棘轮势中仅凭热不对称即可定向运动，为微流控和纳米传感器提供应用前景。
2025-03-31 cond-mat.stat-mech
MBL-mobile: Quantum engine based on many-body localization
多体定域（MBL）系统在其内在动力学下不热化。MBL的无热性，我们建议，可以利用热力学任务。我们说明这种能力，制定一个奥托发动机循环的量子多体系统。该系统是一个强本地化MBL制度和热（或弱本地化）制度之间的斜坡。MBL系统和热系统的能级相关性之间的差异使得中尺度发动机能够在热力学极限下并行运行，提高了发动机的可靠性，并抑制了最坏情况下的试验。我们估计解析和数值计算发动机的效率和每循环功率。该效率反映了传统热力学奥托发动机的效率。每个周期的功率与系统大小成线性关系，与局部化长度成逆指数关系。这项工作介绍了一个热力学镜头MBL，其中，最近已经研究了很多，现在可以考虑在热力学任务中使用。
2019-02-05 cond-mat.dis-nn 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
Correlation-powered Information Engines and the Thermodynamics of Self-Correction
信息引擎可以使用结构化环境作为资源，通过随机化有序输入并利用增加的香农熵将能量从热库转移到功库来生成功。我们给出了一个广泛适用的表达的工作生产的信息引擎，一般建模为一个记忆的通道，沟通输入输出，因为它与一个不断变化的环境。该表达式建立了信息引擎必须具有多个存储器状态，以便利用输入环境相关性。为了强调这一功能，我们设计了一个信息引擎，它完全由时间相关性驱动，而不是像以前的引擎那样由统计偏差驱动。关键是引擎的同步能力-当输入被破坏时，引擎自动返回到期望的动态阶段-也就是说，由于意外的环境波动。这种自我纠正机制在腐败达到临界水平时是强大的，超过这一水平，系统就无法发挥引擎的作用。我们给出了明确的解析表达式的工作和临界腐败水平，并总结了发动机性能通过一个函数相图发动机控制参数。研究结果揭示了一种新的热力学机制，该机制基于非遍历性，在支持弹性工程和生物系统时，它是错误校正的基础。
2016-08-13 cond-mat.stat-mech cs.IT math.DS
Nonequilibrium thermodynamics of populations of weakly-coupled low-temperature-differential Stirling engines with synchronous and asynchronous transitions
本研究为弱耦合低温差斯特林发动机群体建立非平衡热力学理论，证明同步转变提升功率与效率而异步转变降低之，并提出保留不可逆性的概念模型以更准确描述动力学。
2025-02-25 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Strong Violation of the Thermodynamic Uncertainty Relation in a Minimal Autonomous Heat Engine
Charles University, Faculty of Mathematics and Physics（查理大学数学物理学院）
研究展示了一个由离散棘轮和欠阻尼谐振子构成的最小自给自足热机，其在时间尺度分离条件下，表现出热力学不确定性关系的强违反，且内部控制的确定性增加使TUR比趋于零。
2026-03-20 cond-mat.stat-mech
Exactly solvable model of a passive Brownian heat engine and its comparison with active engines
我们使用不同的单粒子随机模型对被动和主动微型热机进行了广泛的分析。利用随机热力学，我们计算了被动和主动布朗热机的热力学功，热量，熵产生和效率的解析以及数值和比较他们。我们运行的热机的协议，平均热力学量计算精确的任意周期时间。我们还讨论了组的协议，可以做精确的非准静态计算，完全在被动发动机的情况下，部分在主动发动机。我们得到详细的非准静态（即强大的）单粒子微型热机的热力学。结果的准静态（即零功率）极限是通过长（无限）周期时间获得的。我们还研究了被动和主动发动机中受限粒子的位置分布。我们比较他们的特性的参数，测量在粒子的位置（由于主动噪声）和谐波约束的主动持久性之间的竞争。我们还计算了多余的峰度，以衡量这些分布的非高斯性。我们的分析表明，这种热机的效率可以提高或降低，这取决于模型中存在的活动。
2022-06-19 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
Universal Lower and Upper Bounds of Efficiency of Heat Engines from Thermodynamic Uncertainty Relation
本研究基于热力学不确定关系推导热机效率的普适上下界，明确其表征方式与充要条件，为有限速率热机的效率评估与运行提供原理性指导。
2023-05-02 cond-mat.stat-mech
Gauge field and geometric control of quantum-thermodynamic engine
讨论了由缓慢变化的外部参数驱动的量子热力学系统的功提取问题。它表明，自然会出现一个规范理论的结构。如果系统处于平衡态，即，非零场强意味着系统处于非平衡准稳态。通过参数空间中的循环过程所做的功以场的通量的形式给出。将这种一般形式应用于变化磁场中的单自旋的例子，并讨论了在给定的有限时间循环过程中的最大功率输出。
2011-09-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Nonequilibrium Thermodynamics of a Superconducting Szilard Engine
本文提出由电感耦合 QFPs 构成的 2 比特超导 Szilard 热机，仿真验证其高效 Maxwell 妖功能，并针对结不对称导致的低效与低保真度给出设计改进。
2024-09-08 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con nlin.CD
Thermodynamic uncertainty relation in slowly driven quantum heat engines
本文研究周期性缓慢驱动量子热机，提出比稳态情形更宽松的热力学不确定关系，并通过单离子热机模型说明量子涨落对效率、功率与可靠性的影响。
2024-01-19 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of underdamped Brownian collisional engines: New insights and resonant phenomena
本文将碰撞发动机概念拓展至欠阻尼布朗粒子，系统比较欠阻尼与过阻尼功-功发动机性能，发现欠阻尼发动机因存在共振区域而在广泛参数范围内同时提升效率与功率输出，揭示了动力学选择与驱动协议对优化发动机性能的关键作用。
2024-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.soft
Finite-Time Thermodynamics of Fluctuations in Microscopic Heat Engines
当系统尺寸较小时，热力学量的波动变得不可忽略，并起着重要的作用。我们发展了微观热机中涨落的有限时间热力学，其环境温度和力学参数随时间周期性变化。在慢驱动制度，这种形式主义普遍持有的粗粒度的时间尺度，其分辨率是远远长于相关时间的波动，并被证明是一致的类似的波动耗散关系的关系。采用几何参数，同时最小化的卡诺循环中的耗散的平均值和波动的情况下确定。对于这种同时优化，尺度不变平衡态的奇异度量的零特征值的存在被发现是必不可少的。此外，我们证明了我们的优化协议可以改善当前实验的耗散及其波动。
2022-01-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Efficiency at maximum power of a quantum Otto engine: Both within finite-time and irreversible thermodynamics
我们考虑量子奥托发动机的最大功率的效率，它使用自旋或谐波系统作为其工作物质，并在两个热源之间工作在恒定温度$T_h$和$T_c$ $ (<T_h)$。尽管自旋- $1/2$系统的行为与谐波系统的行为完全不同，因为它们服从两种典型的量子统计，但基于这两种不同类型的量子系统的最大功率下的效率从上侧由最大功率下的效率的相同表达式限定：$η_{mp}\leqη_+\equiv η_C^2/[η_C-(1-η_C)\ln(1-η_C)]$和$η_C=1-T_c/T_h$是卡诺效率，在小的相对温差下，它们表现出与CA效率$η_{CA}=1-\sqrt{1-η_C}$相同的普适性。在不可逆热力学的背景下，我们计算的Onsager系数，我们表明，$η_{CA}$的值确实是电磁脉冲的上限奥托发动机工作在线性响应制度。
2014-08-23 cond-mat.stat-mech
Stochastic Thermodynamic Cycles of a Mesoscopic Thermoelectric Engine
分析了一个稳态热电发动机，其工作物质由两个电容耦合量子点组成。一个点隧道耦合到用作热源的热储层，另一个点隧道耦合到两个处于较冷温度的电偏置储层，使得在对抗偏置的稳态电流的形式下提取功。在这种稳态发动机自主动力学的单个实现中，可以识别4冲程循环。这些周期是完全随机的，与表现出自振荡的机械自主发动机相反。特别是，这些周期在方向和持续时间上波动，并与其他虚假周期竞争。使用随机热力学方法，我们量化的周期波动，并将它们与在个别周期产生的熵。我们确定了主要影响发动机性能的循环，并使用图论工具量化其统计数据。我们表明，这样的随机周期是可能的，因为工作提取机制本身是随机的，而不是周期性的时间依赖性的工作物质的哈密顿量，可以在传统的机械发动机。我们的调查带来了新的观点循环和稳态发动机之间的连接。
2021-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Leveraging Machine Learning to Gain Insights on Quantum Thermodynamic Entropy
Techno Labs（Techno实验室）
该研究以单粒子量子热机为对象，结合机器学习分析其热力学成本与机制，对比量子和经典极限，揭示兰道尔原理的热力学权衡，模拟验证其符合热力学第二定律。
2026-08-06 cond-mat.stat-mech cs.CL cs.LG
Thermodynamic geometry of ideal quantum gases: a general framework and a geometric picture of BEC-enhanced heat engines
本文将热力学几何框架扩展到理想量子气体，并用Lindblad主方程建立玻色气体量子多体热机模型，从几何上解释了BEC诱导的功率增强，证明其在给定效率下优于同等规模的单体热机集合。
2022-12-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Information-Assisted Carnot Engine Surpasses Standard Thermodynamic Bounds
本文提出卡诺信息机，定量揭示信息与热机性能的关系，证明其可超越标准卡诺效率并实现100%效率，并用自旋-1/2系统和囚禁离子方案加以验证。
2025-07-17 cond-mat.stat-mech physics.data-an quant-ph
Optimizing Brownian heat engine with shortcut strategy
等温线的捷径提供了一种强有力的方法来加速有限时间内的准静态热力学过程的操纵。我们采用捷径策略来设计和优化布朗热机，并制定了一个几何描述的热力学长度的能量。我们得到了一个紧密的和可达的输出功率的界，这是达到了最佳的协议，以改变控制参数与适当的恒定速度的热力学长度。我们的结果推广了以前的优化在高度欠阻尼和过阻尼制度的一般阻尼的情况下，并适用于任意有限时间周期。
2022-07-15 cond-mat.stat-mech
Bosons Outperform Fermions -- The Thermodynamic Advantage of Symmetry
我们研究了一个量子奥托引擎与谐波工作介质由两个粒子，探索使用波函数对称性作为一个可访问的资源。结果表明，玻色子系统显示增强的性能相比，两个独立的单粒子发动机，而费米系统显示降低的性能。为此，我们探讨了效率和功率输出之间的权衡和参数制度下，该系统的功能作为发动机，冰箱，或加热器。值得注意的是，玻色子系统在作为发动机和作为制冷机操作时都在更宽的参数空间下操作。
2019-10-10 cond-mat.stat-mech 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
An Information-Theoretic Bound on Thermodynamic Efficiency and the Generalized Carnot's Theorem
Politecnico di Torino（都灵理工大学）
本文推导了热机效率的更严格界限，适用于经典和量子热机，并展示了量子点与费米浴耦合的引擎可达到该界限，为实际能量收集设备提供设计原理。
2026-04-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Maximal fluctuation exploitation in Gaussian information engines
理解信息和热力学之间的联系是随机热力学最明显的应用之一。虽然最近的理论进展已经确定了热力学第二定律对信息到能量转换的限制，但目前还不清楚真实系统可以在多大程度上达到预测的理论限制。使用一个简单的模型的信息引擎，最近已被实验实施，我们探索的信息到能量转换的限制时，信息引擎的好处是有限的输出能量，可以存储。我们发现，以这种方式限制引擎的输出会限制其将信息转换为能量的能力。然而，输入功的反馈控制可以允许发动机以最高可实现速率存储能量。这些结果加深了我们对将信息转化为能量的真实系统的极限的理论理解。
2021-10-20 cond-mat.stat-mech
