Physical swap dynamics, shortcuts to relaxation and entropy production in dissipative Rydberg gases
致密里德伯气体是一种非平衡系统，其中强的密度-密度相互作用产生有效的动力学约束。它们引起与高度约束的多体构型相关的动态停滞，导致缓慢松弛和玻璃态行为。多组分里德伯气体具有额外的长程相互作用，如激发交换。这些类似于用于人工加速经典玻璃形成者的原子模型模拟中的弛豫的粒子交换。然而，在里德伯气体中，交换是真实的物理过程，它提供了弛豫的动力学捷径。它们允许在实验中加速接近定态，同时对非平衡定态产生影响。特别是它们与辐射衰变过程的相互作用放大了动力学的不可逆性，我们通过定态熵产生来量化这种影响。我们的工作突出了一个有趣的类比真正的动力学过程中的里德伯气体和人工动力学基础先进的蒙特卡罗方法。此外，它提供了一个量化的特征的戏剧性的影响互换的结构和动力学的固定状态。
2019-07-11 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Entropy Production and Thermodynamic Dynamics in Active and Passive Brownian Systems Driven by Time Dependent Forces and Temperatures
本文解析研究了时间依赖温度和力驱动的主动与被动布朗马达，推导熵产生和提取率，发现自由运动时总熵仅依赖温度和摩擦，外力强烈影响熵产生与耗散。
2025-04-14 cond-mat.stat-mech
Entropy production and entropy extraction rates for a Brownian particle that walks in underdamped medium
推导了布朗粒子在欠阻尼介质中运动时的熵产生、自由能和熵提取率的表达式。我们的分析表明，只要系统被赶出平衡，它就不断地产生熵，同时它从系统中提取熵。在稳定状态下，熵产生速率${\dot e}_{p}$平衡熵提取速率${\dot h}_{d}$。在平衡时，熵产生率和提取率都变为零。熵产生率和熵提取率也对时间敏感。随着时间的推移，熵产生和提取率都随着时间的推移而增加，并饱和到恒定值。此外，采用微观随机方法，探讨了几个不同的模型系统的热力学关系，解析和通过数值模拟，考虑布朗粒子在过阻尼介质中的运动。我们的分析表明，在稳态下，欠阻尼情况下的结果与过阻尼情况下的结果在数量上一致。并详细讨论了涨落定理。
2021-02-13 cond-mat.stat-mech
Free energy and entropy production rate for a Brownian particle that walks on overdamped medium
我们推导出一般表达式的自由能，熵产生和熵提取率的布朗粒子，走在粘性介质中，其运动的动力学是由朗之万方程。结果表明，当系统处于非平衡状态时，系统不断地产生熵，同时又不断地从系统中提取熵。它的熵产生和提取率随时间减少并饱和到一个恒定值。在长时间限制下，熵产生率与熵提取率平衡，在平衡时熵产生率和提取率都为零。此外，考虑到不同的模型系统，我们不仅研究了各种热力学量的时间行为，而且我们还详细讨论了涨落定理。
2016-06-27 cond-mat.stat-mech
Entropy production of a Brownian ellipsoid in the overdamped limit
从随机热力学的角度分析了椭球布朗粒子的平动和转动运动。粒子的布朗运动由外力和扭矩驱动，并发生在摩擦系数和（局部）温度取决于空间和时间的非均匀热环境中。我们的粒子的随机热力学分析是基于与单粒子轨迹的熵产生。它的动机是最近的发现，过阻尼极限消失的惯性效应（相比粘性摩擦）产生了所谓的“异常”的贡献熵产生，这在过阻尼近似没有对应的，当惯性效应被简单地丢弃。在这里，我们表明，旋转布朗运动在过阻尼极限产生的“异常”熵的额外贡献。我们通过对熵产生的母函数进行系统的奇异摄动分析，计算出它的具体形式。作为一个副结果，我们也得到了（众所周知的）运动方程的过阻尼极限。我们进一步研究了粒子形状的影响，并给出了显式表达式的“异常熵”的长扁球体和近球形布朗粒子。
2016-01-13 cond-mat.stat-mech
An H-theorem for the Brownian motion on the hyperbolic plane
我们证明了双曲平面上有漂移的布朗运动的$H-$定理，正如孔泰和蒙瑟斯所研究的那样;这里使用的熵不是玻尔兹曼熵，而是雷尼熵，其参数以一种简单的方式与漂移的值有关。
2011-01-09 cond-mat.stat-mech
Effective Entropy Production and Thermodynamic Uncertainty Relation of Active Brownian Particles
近年来，对活性布朗粒子系统的随机热力学的理解一直是一个重要的研究课题。在这篇文章中，我们研究了一个一般模型的活性布朗粒子系统通过引入一个粗粒度的福克-普朗克方程，这使我们能够确定一个有效的熵产生沿随机轨迹，其中的活动和配置相关的扩散系数起着重要的作用。虽然真实熵产生和有效熵产生之间的隐藏分量占主导地位，但有效熵产生仍然作为量化动力学不可逆性的可靠度量，捕获诸如运动诱导相分离（MIPS）的界面和缺陷等重要现象。此外，在这个框架下，我们能够获得熵的限制以及TUR与任何广义电流的系统。我们期望这里提出的新概念量能广泛地应用于活性物质。
2022-05-10 cond-mat.stat-mech
Active Brownian particles: Entropy production and fluctuation-response
在活性布朗粒子的Rayleigh-Helmholtz模型中，活性是由于非线性速度相关力引起的。在存在外部捕获势或恒定力的情况下，系统的稳态打破了细致平衡，产生净熵。利用分子动力学模拟，我们得到了这些稳态下熵产生的概率分布。分布函数服从熵产生的详细涨落定理。利用模拟结果，我们进一步表明，稳态响应函数服从修改后的波动耗散关系。
2014-08-21 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Taming the time evolution in overdamped systems: shortcuts elaborated from fast-forward and time-reversed protocols
利用逆向工程的方法，在参考势的时间扭曲的解决方案，我们制定了外部驱动势施加到布朗系统，以减缓或加速的动力学，甚至反转的时间箭头。通过焊接一个直接的和时间反演的演变对一个精心选择的共同的中间状态，我们推导出一个光滑的协议，在任意短的时间内连接两个\emph{arbitrary}状态。这封信中提出的逆向工程方法不仅包含当前的-相当有限的-明确的协议目录，但它也提供了一个系统的策略，以建立任意状态之间的连接与物理上允许的驱动。优化和进一步的推广也进行了讨论。
2021-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Entropy Production in Quantum Brownian Motion
本文研究了在调和势的量子布朗运动模型中如何连贯地定义瞬态弛豫过程的熵产生。我们比较一种形式，称为“平衡”（P），这后非马尔可夫瞬态对应于热的定义为平均力的系统哈密顿量的变化，与最近的建议由埃斯波西托（ELB）的基础上定义的热作为浴中的能量变化。这两个表达式产生一个积极的定义的熵产生和一致的消失耦合强度，但他们的差异被证明总是积极的（非马尔可夫瞬态消失后），并增长耦合强度的增加。在经典的过阻尼极限下，“平衡”熵产生收敛于随机热力学中使用的熵产生。我们还研究了系统大小的影响，以及随之而来的庞加莱递归，以及如何接近经典极限。最后，我们讨论强耦合的限制，其中理想的正则平衡浴被违反。
2013-02-27 cond-mat.stat-mech
Entropy power functional theory for Brownian many-body dynamics
Universität Bayreuth（拜罗伊特大学）
研究一般时空非平衡下成对相互作用多体系统的过阻尼布朗动力学，提出变分方案，通过联合自由功率最小化原理确定相关物理量，内在自由功率泛函分熵率与能量率，源于通用熵超功率泛函，由两个连续性方程完善动力学描述。
2026-07-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Reinforcement Learning Approach to Shortcuts between Thermodynamic States with Extra Constraints
我们提出了一种基于强化学习（RL）技术的系统方法来寻找在给定的固定时间段内使开放系统在相同温度下的两个平衡态之间的总熵产生最小的最优路径。得益于深度RL技术的推广，我们的方法可以提供一个强大的工具来解决这个问题，即使在量子系统中的二维连续可控参数。我们成功地将我们的方法应用于经典和量子二能级系统。
2021-11-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Inferring entropy production in anharmonic Brownian gyrators
非零熵产生率是任何非平衡系统的定义特征之一，存在几种技术可以直接从实验数据确定这个量。从热力学不确定性关系推导出的短时间推断方案是最近加入这些技术的列表中的。在这里，我们应用这个计划量化的熵产生率在一类微观热机模型称为布朗回转器。特别是，我们考虑模型与非谐约束势。在这些情况下，动力学方程是不可磨灭的非线性，和模型参数的熵产生率的确切依赖性是未知的。我们的研究结果表明，短时间推理方案可以有效地确定这些依赖关系，从适量的轨迹数据。此外，结果表明，非谐约束势的回转器模型的非平衡特性是相当大的不同，从它的谐波对应-特别是在设置导致非平衡动力学和由此产生的回转模式。
2022-09-01 cond-mat.stat-mech
A new derivation of the relationship between diffusion coefficient and entropy in classical Brownian motion by the ensemble method
在许多物理系统中，扩散系数（耗散的量度）和熵（涨落的量度）是密切相关的。与线性响应理论中的涨落耗散定理不同，相关性通常是强非线性的。为了理解这种复杂的依赖关系，我们考虑经典的布朗扩散在这项工作中。在一定的合理假设下，即在双组分流体混合物中，布朗粒子$M$的质量远大于浴液分子$m$的质量，可以采用弱耦合极限。仅考虑质量比$m/M$的一级近似，我们得到了观察者作为布朗粒子在参考系中的线性运动方程。在此基础上，我们得到了平衡态下的哈密顿量。最后，利用正则系综方法，我们定义了一个新的熵，类似于Kolmogorov-Sinai熵。进一步给出了热平衡时扩散系数$D$与熵$S$之间关系的解析表达式，即$D =\frac{\hbar}{eM} \exp{[S/(k_Bd)]}$，其中$d$为空间维数，$k_B$为玻尔兹曼常数，$\hbar $为约化普朗克常数，$e$为欧拉数.自从Rosenfeld首先用体积比展开式导出了单组分的相似标度关系以来，这种标度关系已经是众所周知的，并得到了很好的检验。
2021-03-24 cond-mat.stat-mech
Quantum corrections to the entropy in a driven quantum Brownian motion model
量子布朗运动模型是研究非平衡态量子热力学的典型模型。熵是热力学中最基本的物理概念之一。本文通过求解量子朗之万方程，研究了粒子作量子布朗运动时的冯诺伊曼熵。在强耦合和弱耦合两种情况下，我们都得到了关于初始Wigner函数的Wigner函数时间演化的解析表达式。结果被应用到热力学平衡初始状态，再现其经典对应的高温极限。在此基础上，对于那些具有明确经典对应的初态，我们得到了系统熵的量子修正的显式表达式。在马尔可夫近似下，得到了总熵产生率${e_{\rm p}}$和热耗散率${h_{\rm d}}$的量子修正表达式.我们的结果为理解开放量子系统中的熵带来了重要的启示。
2021-03-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Note on entropy dynamics in the Brownian SYK model
本文研究了两个耦合的布朗SYK团簇从一个初态演化到另一个初态的Rényi熵随时间的演化。一个簇的Rényi熵线性增长，然后饱和到粗粒度熵。该Page曲线通过两种不同的方法获得，路径积分鞍点分析和操作者动力学分析。利用动力学的布朗性质，我们导出了一个控制算子动力学的主方程，并给出了纯度的Page曲线。深入了解这个复杂的主方程的物理提供了一个互补的路径积分方法：副本对角和非对角鞍分别负责线性增长和饱和的Rényi熵。
2021-03-09 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el hep-th
Thermodynamic Irreversibility in Underdamped Brownian Motion with Spatial Temperature Gradients
本研究分析非等温欠阻尼布朗运动，发现尽管瞬时熵产生速率长期趋于零，但时间积分有限，表明内在不可逆性源于动能介导的热流，零熵产生速率不证明平衡。
2025-09-08 cond-mat.stat-mech
Efficiency of Brownian Motors
不同类型的布朗电机的效率进行了计算分析和数值。我们发现，电机的基础上闪烁棘轮提出了一个低效率和不可避免的熵产生。另一方面，一类基于电势变化的电动机，称为可逆棘轮，表现出更高的效率，并且熵产生可以任意减小。
1998-03-25 cond-mat.stat-mech
Broken Detailed Balance and Entropy Production in CPTP Quantum Brownian Motion
Università degli Studi di Palermo（巴勒莫大学）；Università degli Studi di Trieste（的里雅斯特大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare（意大利国家核物理研究所）；Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）
研究量子布朗运动的非平衡热力学行为，发现CPTP扩展导致详细平衡破坏和非零熵产生，揭示开放量子系统中量子一致性和热平衡的矛盾。
2026-07-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic cost of Brownian computers in the stochastic thermodynamics of resetting
本文在重置随机热力学框架下，研究首通时间协议中逻辑可逆布朗图灵机的热力学代价，提出用经验逗留时间近似分布概率，并通过Gillespie算法数值分析重置熵产生。
2023-06-14 cond-mat.stat-mech
Exact solution of free entropy for matrix-valued geometric Brownian motion with non-commutative matrices via the replica method
本研究利用复制方法，将非交换矩阵矩阵值几何布朗运动的时间演化算子迹映射到各向同性Lipkin-Meshkov-Glick模型，通过求解其本征值问题，获得自由熵的解析精确解，并经数值模拟验证。
2023-09-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of quantum Brownian motion with internal degrees of freedom: the role of entanglement in the strong-coupling quantum regime
研究了纠缠对开放量子系统统计熵与低温环境热交换之间关系的影响。一个Caldeira-Leggett型量子布朗运动模型--它违反了Clausius不等式。Nieuwenhuizen和A.E. Allahverdyan [物理评论E 66，036102（2002）] -重新审查和引用的工作的结果被纳入透视。为了解决这个问题，从信息理论的角度来看，两个耦合的布朗振荡器的模型制定，也可以被看作是一个连续版本的两个量子比特系统。一个额外的内部耦合参数对热和熵的变化的影响进行了描述和调查结果进行比较的情况下，一个单一的布朗粒子。
2005-03-18 cond-mat.stat-mech
Optimal control strategy for collisional Brownian engines
本文针对碰撞布朗引擎性能优化缺失的问题，通过最大化平均输出功推导出由线性力段和瞬时反转速度的脉冲式 delta-like 踢组成的最优驱动协议，实现了高功率、近单位效率且熵产生受控，为有限时间热力学优化提供了理论基准。
2025-11-04 cond-mat.stat-mech
Adiabatic processes realized with a trapped Brownian particle
我们实验上实现了准静态绝热过程使用一个单一的光阱微球浸没在水中，其有效温度由外部随机电场控制。一个完整的能量表征绝热过程，保持无论是位置dispersion或完整的相空间体积。我们表明，只有在后一种情况下，交换的热量和粒子的熵的变化消失时，平均多次重复。给出了脉动热熵分布的解析表达式，并进行了实验验证。我们表明，热分布是不对称的任何非等温准静态过程。此外，在绝热过程中的系统熵变化的分布的形状显着依赖于被认为是用于计算系统熵的自由度的数量。
2014-09-26 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium diffusion processes via non-Hermitian electromagnetic quantum mechanics with application to the statistics of entropy production in the Brownian gyrator
通过与标量势$V(\vec r)$和矢量势$\vec A(\vec r)$中的非厄米量子力学的对应，重新讨论了在$N$维的任意力场$\vec f(\vec r)$中的非平衡Fokker-Planck动力学.不可逆性的相关参数是$\frac{N(N-1)}{2}$磁矩阵元$B_{nm}(\vec x ) =-B_{mn} (\vec x ) = \partial_n A_m (\vec x ) - \partial_m A_n (\vec x )$，而探索矢量势$\vec A(\vec r) $的相应规范变换是有启发性的。这种量子解释对于研究随机轨道的所有时间可加观测量的统计更有成效，因为它们的生成函数对应于具有附加标量和/或矢量势的相同量子问题。我们的主要结论是，分析其大偏差的性质和相应的Doob条件过程的建设可以大大简化通过选择一个适当的规范为每一个目的。这个一般的框架，然后应用到特殊的时间添加剂的观测量的奥恩斯坦-乌伦贝克轨迹在维度$N$，其生成函数对应于量子传播涉及二次标量势和线性矢量势，即量子谐振子在恒定的磁性矩阵。作为简单的说明性例子，我们最后集中在布朗回转器的尺寸$N=2$，以计算其随机轨迹的熵产生的大偏差性质，并构造相应的条件过程具有给定的值的熵产生每单位时间。
2023-01-04 cond-mat.stat-mech
Effect of viscous friction on entropy, entropy production and entropy extraction rates in underdamped and overdamped media
考虑到粘性摩擦力随时间和空间的变化，导出了布朗粒子在过阻尼和欠阻尼介质中运动时的熵产生率、自由能和熵提取率的一般表达式.通过已知的欠阻尼和过阻尼介质的随机方法，热力学表达式首先在轨迹水平推导，然后推广到系综水平。为了研究布朗粒子在粘性随时间变化的介质中跳跃时的非平衡热力学特性，考虑了布朗粒子在周期性等温介质（有无负载）上的运动.精确的分析结果表明，在没有负载$f=0$的情况下，熵产生率${\dot e}_{p}$接近熵提取率${\dot h}_{d}=0$。这是合理的，因为任何与均匀温度接触的系统都应该在长时间内遵守细节平衡条件。在存在载荷的情况下，当粘性摩擦在空间上或时间上减小时，熵$S(t)$随时间单调增加，并且随着$t$进一步增加而饱和到恒定值。熵产生率${\dot e}_{p}$随时间和稳态（存在负载时）${\dot e}_{p}={\dot h}_{d}>0$降低。相反，当粘性摩擦在空间上或时间上增加时，熵产生的速率以及熵提取的速率单调地上升，表明这种系统本质上是不可逆的。
2021-04-23 cond-mat.stat-mech
Hidden entropy production by fast variables
本文研究了布朗粒子的非平衡欠阻尼朗之万动力学，这些粒子通过具有耦合常数$K$的谐振势相互作用，并与两个不同温度的热浴热接触。该系统的特点是净热流和熵产生在稳态。我们比较了调和系统的熵产生与布朗粒子与刚性杆连接。在无限$K$极限下，谐波系统可简化为刚性杆系统。然而，我们发现，在$K\to\infty$极限的谐波系统比刚性杆系统产生更多的熵。谐波系统具有作为慢变量的质心坐标和作为快变量的相对坐标。通过确定自由度对总熵产生的贡献，我们表明，隐藏的熵产生的快变量是负责额外的熵产生。我们讨论了每个贡献的$K$依赖性。
2015-02-25 cond-mat.stat-mech
The stochastic thermodynamics of a rotating Brownian particle in a gradient flow
我们计算从一个单一的布朗粒子在平均流中移动的环境中产生的熵产生，并表明它对应于在预期中的经典近平衡熵产生在周围的流体与特定的介观输运系数。在温度梯度下，发现了粒子与非平衡环境之间的非线性相互作用所产生的附加项。进行计算的多时间的形式主义和对流耗散的限制，其中的斯托克斯数（St）的流量趋于零和Peclet数（Pe）发散，但组合St倍Pe保持不变。
2014-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Instantaneous equilibrium Transport for Brownian systems under time-dependent temperature and potential variations: Reversibility, Heat and work relations, and Fast Isentropic process
建立了布朗粒子在任意温度和势随时间变化的情况下的瞬时平衡跃迁理论。结果表明，它是必要的，以考虑欠阻尼动力学的温度变化的过渡。ieq是由一个随时间变化的辅助位置和动量势，它可以计算给定的随时间变化的过渡协议。显式的解析结果推导出的工作和热统计，能量和熵变化的谐波和非谐波捕获势与任意时间相关的潜在参数和温度协议。计算了相应的朗之万动力学的数值解，证实了理论结果。虽然由于控制参数的奇宇称性，逆过程ieq跃迁不是正过程ieq跃迁的时间反演，但它们的相空间分布函数恢复了时间反演的对称性，因此逆过程ieq跃迁的能量和熵变只是正过程ieq跃迁的负值.此外，它表明，它是可能的，以构建一个ieq过渡，具有零熵产生在有限的过渡率，即，一个快速ieq等熵过程，并进一步证明了显式朗之万动力学模拟。我们的理论为设计受控的微观热机循环提供了基础。本文还讨论了建立一个高效布朗热机的意义。
2021-08-05 cond-mat.stat-mech
Computation time and thermodynamic uncertainty relation of Brownian circuits
我们分析了一个令牌为基础的布朗电路中，布朗粒子，创造的“令牌”，随机移动，利用热波动，在多令牌状态空间中寻找一条路径对应于一个给定的问题的解决方案。该电路可以用唯一的解来评估布尔函数。然而，它的计算时间随着每次运行而变化。数值计算了由首次通过时间给出的布朗加法器计算时间的概率分布，并基于随机热力学分析了布朗加法器的热力学不确定性关系和热力学代价。计算可以在有限时间内完成，没有环境熵产生，即，而不会将热量浪费到环境中。热力学成本通过无误差输出检测和计算周期的重置来支付。信噪比量化了计算时间的可预测性，并且它可以通过混合边界来很好地估计，该混合边界近似于令牌检测次数的平方根。在基于令牌的布朗电路中，热力学代价在计算周期中往往起次要作用。这与逻辑上可逆的布朗图灵机形成对比，在布朗图灵机中，熵产生随状态空间的大小而几何地增加，从而消除了混合边界。
2022-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Relativistic Fluctuation Theorems
涨落定理是关于远离热平衡的系统的熵的陈述。本文提出并证明了布朗运动的相对论涨落定理。虽然有一个已知的离散化困境，导致某一类布朗过程，波动定理所示，以涵盖整个类，并确定在这个类的物理过程。在广义相对论的情况下，导致熵产生的热量是投射在热浴局部时间轴上的交换的4-动量。
2006-01-13 cond-mat.stat-mech
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
Shortcuts to adiabaticity in open quantum critical systems
本文研究耗散量子临界系统中通过反绝热驱动实现绝热捷径，发现耗散控制强度在临界点附近具有普适标度，且因熵变需多体相互作用项，并分析了热流与功率耗散行为。
2025-02-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Attaining entropy production and dissipation maps from Brownian movies via neural networks
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
量化熵产生（EP）对于理解介观尺度上的随机系统（如生物体或生物组装体）至关重要。然而，在不跟踪相关变量的情况下，从实验记录的时间序列图像数据中找出EP发生的位置和程度是具有挑战性的。在这里，我们应用卷积神经网络（CNN）（一种强大的图像处理工具），通过仅从电影中计算的无监督学习算法开发了EP的估计方法。结合CNN最后一层的注意力图，我们的方法不仅可以量化随机EP，而且可以产生EP的时空模式（耗散图）。我们表明，我们的方法准确地测量EP，并在两个非平衡系统，珠弹簧模型和弹性细丝网络创建一个耗散图。我们进一步确认高性能，即使有噪音，低空间分辨率的数据，和部分观察到的情况。我们的方法将提供一个实用的方法来获得耗散映射，并最终有助于揭示复杂系统的非平衡性质。
2021-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech cs.LG
Engineered swift equilibration of a Brownian particle
任何设备或自然系统的基本和内在属性是其弛豫时间relax，这是在控制参数突然变化后恢复平衡所需的时间[1]。减少$tau$松弛通常是必要的，并且通常通过复杂的反馈过程来实现。为了克服这种方法的局限性，最近已经证明了基于驱动的替代方法[2，3]，用于孤立的量子和经典系统[4- 9]。它们扩展到与恒温器接触的开放系统是应用的绊脚石。在这里，我们设计了一个协议，名为工程快速平衡（ESE），缩短耗时的松弛，我们将其应用到一个布朗粒子被困在一个光学势，其属性可以控制的时间。我们实施的过程中的实验，表明它允许系统达到平衡的时间比自然的平衡速率更快。我们还估计了获得这样的时间减少所需的耗散能量的增加。该方法为微米和纳米器件的应用铺平了道路，其中操作时间的减少与小型化一样具有实质性挑战[10]。平衡和从一种平衡态到另一种平衡态的转变的概念是热力学的基石。教科书上的例子是气体的膨胀，从平衡开始，在一个更大的容器中膨胀达到新的平衡。该操作可以通过活塞非常缓慢地执行，而不会将能量耗散到环境中，或者快速地执行，让活塞自由移动以达到新的体积。
2016-09-07 cond-mat.stat-mech
Total entropy production fluctuation theorems in a nonequilibrium time-periodic steady state
本文研究了在受驱动的非线性系统中布朗粒子的总熵产生。该系统表现出随机共振现象。我们表明，在时间周期稳定状态下，总熵产生的概率密度函数满足塞弗特的积分和详细的波动定理在有限的时间轨迹。
2008-12-29 cond-mat.stat-mech
Shortcuts to Thermodynamic Computing: The Cost of Fast and Faithful Erasure
朗道原理指出，信息处理的能量成本必须超过温度和信息承载自由度的香农熵变化的乘积。然而，这个下限只有在准静态的、接近平衡的计算中才能达到，也就是说，只有在无限长的时间内才能达到。在实践中，信息处理发生在有限的时间，导致耗散和潜在的不可靠的逻辑结果。对于过阻尼朗之万动力学，我们表明，反绝热潜力可以制作，以引导系统快速，准确地沿着所需的计算路径，提供快捷方式，允许有限时间计算的精确设计。这样的捷径需要额外的工作，超出了兰道的界限，这是不可挽回地消散到环境中。我们表明，这种耗散的工作是成正比的计算速度，以及信息存储系统的长度尺度的平方。作为一个典型的例子，我们设计了快捷方式来擦除亚稳定存储在双阱势中的一点信息。虽然耗散功一般随着擦除保真度的增加而增加，但我们证明了在有限时间内用有限的功进行完美擦除是可能的。我们还表明，信息存储的鲁棒性会影响擦除的能量成本-具体地说，耗散的工作尺度作为系统的信息寿命。我们的分析揭示了工作，速度，信息承载自由度的大小，存储鲁棒性以及初始和最终信息统计之间的差异之间的丰富而微妙的关系。
2018-12-28 cond-mat.stat-mech cs.ET cs.IT
Heat, temperature and Clausius inequality in a model for active brownian particles
随机热力学和流体力学的方法被应用到最近引入的活性粒子模型。该模型由高斯有色噪声下的过阻尼粒子组成。受随机热力学的启发，我们从系统的Fokker-Planck方程推导出与活性浴的平均热交换和功交换以及相关的熵产生。我们表明，克劳修斯不等式举行，与当地（非均匀）温度的活性浴取代均匀的温度通常会遇到平衡系统。此外，通过限制动力学空间的本地分布函数的第一速度矩，我们推导出一个流体动力学描述，其中出现的本地压力，动力学温度和内部热通量，并与以前的热力学分析是一致的。该程序还显示了在何种条件下获得统一色噪声近似（UCNA）：这样的近似忽略了快速弛豫的活性浴，因此产生细致平衡和零熵产生。最后，通过多时间尺度分析，给出了Kramers方程解的构造性方法（替代UCNA），并超越了确定负熵产生的细致平衡条件。
2017-10-06 cond-mat.stat-mech
Entropy-production fluctuation theorem for a generalized Langevin particle in crossed electric and magnetic fields
Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa（墨西哥自治大学伊兹塔帕拉帕分校）
研究谐波陷阱中带电布朗粒子在交叉电场和磁场驱动下的熵产生涨落，通过精确解证明总熵产生满足细致涨落定理。
2026-06-26 cond-mat.stat-mech
Stationary properties of a Brownian gyrator with non-Markovian baths
研究了具有非马尔可夫热库的两温Langevin系统的随机行为。该模型描述了一个过阻尼布朗粒子在二次势和耦合到热浴在不同的温度。储层的特征是高斯白噪声和有色噪声以及耗散记忆核。由于谐波、摩擦力和波动的热力，稳态呈现受随机力矩影响的非平凡平均旋转运动。然而，马尔可夫极限导致由波动的热力产生的平均扭矩消失。我们还研究了记忆对稳态下的随机热和熵产生的影响。
2020-02-19 cond-mat.stat-mech
Driving rapidly while remaining in control: classical shortcuts from Hamiltonian to stochastic dynamics
随机热力学奠定了一个广泛的框架，重新审视古老的概念，热，功和熵产生的个人随机轨迹的介观系统。值得注意的是，这种方法依赖于运动的随机方程，将时间引入热力学过程的描述中，这为精细控制热力学过程开辟了道路。结果，介观系统的有限时间热力学领域蓬勃发展。在这篇文章中，介绍了一些概念的控制孤立的机械系统的发展，根据确定性的运动方程，我们回顾了不同的策略，已开发的实现有限时间状态到状态的转换在过阻尼和欠阻尼制度，通过适当的设计时间相关的控制参数/驱动。所研究的系统是随机的，其缩影是浸没在流体中的布朗物体;因此，它们与环境强烈耦合，扮演着水库的角色。有趣的是，其中一些方法（逆向工程，反绝热驱动，快进）直接受到量子控制中对应方法的启发。文中还分析了油藏工程的控制作用。除了从已知的初始状态到给定的目标状态的可达性之外，还讨论了最优路径的问题。最优性在这里定义的成本函数，一个主题密切相关的信息热力学领域和速度限制的问题。另一个讨论的自然延伸涉及任意状态或非平衡稳态之间的联系。随机热力学中的控制领域有着丰富的应用，从最佳介观热机到生物系统中的种群控制。
2022-12-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Onsager-Machlup theory and work fluctuation theorem for a harmonically driven Brownian particle
Institute of physics, Bhubaneswar-751005, India（印度布巴内斯瓦尔物理研究所）
本研究将Tooru-Cohen分析拓展至布朗粒子非平衡振荡态，证明了含振荡电场时无界带电布朗粒子的功涨落定理，并用带约束的Onsager-Machlup理论得到功分布、熵产生率及耗散函数性质。
2007-08-17 cond-mat.stat-mech
Curzon Ahlborn Type Efficiency in a Brownian Heat Engine with Exponential Temperature Profile
West Los Angeles College（西洛杉矶学院）
该研究通过指数温度分布下的布朗热机模型，精确推导出 Curzon Ahlborn 效率和内可逆 COP，并揭示其与速度、熵产生之间的权衡关系。
2025-09-24 cond-mat.stat-mech
Entropy production and time asymmetry in nonequilibrium fluctuations
实验研究了两个非平衡态系统中非平衡态涨落的时间反演对称性，即在一个匀速运动的阱中的布朗粒子和一个外加平均电流的电路.它们的非平衡涨落的动力学随机性用动力系统理论的单位时间标准熵和时间反演熵来描述。我们目前的实验结果表明，它们的差异等于在玻尔兹曼常数的单位的热力学熵产生。
2007-05-03 cond-mat.stat-mech
Play. Pause. Rewind. Measuring local entropy production and extractable work in active matter
时间反演对称性破缺和熵产生是非平衡现象的普遍特征。尽管它在活动和生命系统的物理学中很重要，但具有许多自由度的系统的熵产生仍然没有什么实际意义，因为它们的状态空间的高维性使得它难以测量。在这里，我们介绍了一个本地测量熵产生和数值协议来估计它。我们建立了熵产生和可提取的工作在系统的一个给定区域之间的连接，并显示这个数量如何依赖于被跟踪的自由度至关重要。我们通过考虑运动诱导相分离的活性布朗粒子系统，以及活性布朗粒子和E.大肠杆菌在整流装置中，粒子动力学的时间反演不对称耦合到空间不对称，以揭示其在宏观尺度上的影响。
2022-04-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Work distribution function for a Brownian particle driven by a nonconservative force
我们推导出了一个均匀拖动的布朗粒子受到旋转力矩的简谐力所作的功的分布函数。根据Onsager和Machlup的泛函积分方法，我们得到了在时间$t$的特定位置找到布朗粒子的转移概率，因为它在较早的时间从特定的位置开始了旅程。广义Onsager-Machlup拉格朗日量的正向和时间反演形式之间的差异被确定为介质熵产生率，这进一步帮助我们发展我们模型的随机热力学形式主义。由谐波陷阱所做的工作的概率分布进行评估的平衡初始条件。虽然这种分布具有高斯形式，但发现这种分布不满足传统的工作波动定理。
2015-06-02 cond-mat.stat-mech
AOUP in the presence of Brownian noise: a perturbative approach
通过在小的持续时间限制下工作，我们确定了一个活跃的奥恩斯坦乌伦贝克粒子（AOUP）的稳态分布，除了自我推进，高斯白噪声模拟浴在温度T。这使我们能够推导出三个量的解析公式：一个封闭的粒子的空间密度，电流引起的非对称周期性电位和熵产生率。这些公式解开了被动和主动噪声对AOUP稳态的各自作用，表明非平衡信号可以随着温度的变化而显示出令人惊讶的行为。事实上，根据粒子演化的势，电流和熵产生率都可以是T的非单调函数。后者甚至可以在高温下发散足够陡峭的限制电位。因此，取决于上下文，切换平移扩散可以驱使粒子更接近或更远离平衡。然后，我们探测的有效性范围内，我们的定量推导的数值模拟。最后，我们解释了如何在这里提出的方法来处理微扰的奥恩斯坦乌伦贝克（Uhlenbeck）噪声可以进一步推广超越布朗的情况。
2021-03-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fractal entropy of a chain of nonlinear oscillators
研究了非线性振子链的时间演化。我们专注于光谱熵的分形特征，并分析其特征的中间时间尺度作为非线性耦合的函数。一个布朗运动被确认，其扩散系数的耦合解析幂律依赖。
2003-06-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Self-assembly of Brownian motor by reduction of its effective temperature
分析了波动环境中类电机运动的产生、优化和稳定性。运动的出现被证明是一种普遍现象。马达收敛到具有最小有效温度和相应的最小构象变化率的状态，类似于一些随机过程收敛到具有最小扩散活动的状态。这种机制对细菌觅食（趋化性）很重要。因此，这项工作提出了趋化性和类生命系统出现之间的类比。其影响包括稳定的自然或人工机器从最小熵产生原理的偏差，与第一个分子马达的出现和未来的纳米器件的大规模制造的一种新的自组装机制。
2013-12-18 cond-mat.stat-mech
Entropic crystallization of Brownian squares through pathways governed by orientational dynamics
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究揭示取向动力学通过调控熵晶化路径，影响各向异性形状粒子的构型有序化，通过分析平动与取向动力学及其对自由能最小化的影响，发现取向熵主导晶化过程，不同压力下形成六方或菱形结构。
2026-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the stochastic thermodynamics of fractional Brownian motion
本文研究了具有反常扩散的非平衡高斯过程的随机热力学。在所考虑的系统中，噪声关联函数不一定与摩擦有关。因此，不存在第二类的常规波动耗散关系（FDR），也不存在定义温度的唯一方式。我们从一个马尔可夫过程与时间相关的扩散（一个例子是缩放布朗运动）。事实证明，标准的随机热力学概念可以通过引入随时间变化的温度而直接应用，从而产生积分涨落关系。然后，我们继续讨论我们的焦点系统，即一个经历分数布朗运动（FBM）的粒子。在这个系统中，噪声是高斯的，但是噪声关联函数在时间上是非局部的，定义了非马尔可夫过程。我们详细分析的后果时，使用的常规概念的随机热力学与恒定的介质温度。特别是，从耗散到介质中计算的热量与向前和向后运动的路径概率的对数比不同，如果后者是通过系统熵和热交换定义的，则产生与总熵产生的标准积分波动关系的偏差。这些明显的不一致可以通过正式定义满足广义FDR的时间非局部温度来规避。为了阐明从后一种方法产生的相当抽象的量，我们进行了微扰展开。这使我们能够解析计算，线性阶，广义温度和相应的热交换。由此，我们给出了由非马尔可夫性引起的主导修正的显式表达式和物理解释。
2022-12-02 cond-mat.stat-mech
On the heat flux and entropy produced by thermal fluctuations
本文对电热噪声耦合的两个不同温度的导体之间的能量交换进行了实验和理论分析。在实验上，我们确定了热通量、非平衡方差和波动熵的守恒定律，作为温度差的函数，并从理论上证明了这一点。该系统由两个保持在不同温度下并通过弹性力耦合的布朗粒子的相同方程支配。我们的结果对保持在不同温度下的耦合纳米系统之间的能量交换设置了强约束。
2013-04-06 cond-mat.stat-mech
Stochastic energetics of a Brownian motor and refrigerator driven by non-uniform temperature
通过对朗之万惯性方程的数值模拟，研究了由位置相关温度驱动的布朗型热机和热泵（称为Büttiker-Landauer热机和热泵）的热力学.我们确定的最佳性能的热机和热泵的参数值。我们的研究结果定性地不同于基于过阻尼模型的方法。在有限时间条件下考察了热机和热泵在线性响应区的行为，发现其效率低于相同条件下工作的内可逆热机的效率。最后，我们研究了不同的电位和温度分布的作用，以提高系统的效率。我们的模拟结果表明，优化的潜力和温度分布只会导致系统性能的边际增强，由于通过布朗粒子的动能的大熵产生。
2014-06-02 cond-mat.stat-mech
Optimal work of Brownian motion in a harmonic time-dependent stiffness potential. Effect of the initial position
该系统由一个布朗粒子浸没在热浴中捕获在光镊作为外部协议与时间相关的强度。在《物理学评论》中，98：108301，2007]通过假设功必须在粒子的初始位置的分布上平均来彻底计算过阻尼状态中的最佳平均功。目前的研究假设，而不是朗之万方程的任何给定的初始位置和它的平均完成的噪声分布的解决方案。因此，这个建议在更广泛的意义上扩展了已经发表的结果，包括麦克斯韦恶魔的外观为特定的初始条件下，分析熵产生率和通过测量粒子位置获得的互信息。所提出的研究具有能够与数值模拟的数据进行比较的优点。
2023-02-02 cond-mat.stat-mech
