Quantum thermodynamic processes: A control theory for machine cycles
热力学控制参数的最小集合由统计（热）和机械参数组成。这些足以引入所有相关的热力学变量;然后热力学过程可以被定义为这个二维控制平面上的路径。撇开相干性，我们表明，对于一个大类的量子对象的离散光谱和考虑周期的卡诺效率适用于作为一个普遍的上限。在动态（有限时间）制度重整热力学变量允许包括非平衡现象，在一个系统的方式。在大的速度极限中，机器功能不再存在;达到这一极限的方式取决于所考虑的循环类型。
2008-06-26 cond-mat.stat-mech
Non-unique detailed constructions of Curzon-Ahlborn cycle on thermodynamic plane
针对Curzon-Ahlborn循环因等温过程温度与时间关系任意性导致的热力学平面构造非唯一问题，以理想气体为工质给出多种详细构造，证明它们在最大功率工况下均达到功与循环时间倒数权衡的帕累托前沿，彼此等价。
2024-06-19 cond-mat.stat-mech
Finite-Time Thermodynamics Perspective into Nuclear Power Plant Heat Cycle
本文运用有限时间热力学分析核电站 Brayton 与 Rankine 循环，推导 Curzon-Ahlborn 效率并揭示功率、效率与潜热之间的关系。
2025-09-30 cond-mat.stat-mech
Stochastic Thermodynamics in a Non-Markovian Dynamical System
随机热力学的发展领域将宏观热力学的概念，如熵产生和功，扩展到系统通过相空间所采取的各个轨迹的微观水平。该方案涉及将系统耦合到环境-通常是影响系统动态的马尔可夫噪声源。在这里，我们扩展这个框架，考虑一个非马尔可夫环境，其动态有记忆，并创建额外的相关性与系统变量，并说明这与选择简单的例子。这样的环境产生了丰富多样的行为。特别是，对于热松弛的情况下，在非马尔可夫动力学下产生的熵的分布不同于马尔可夫动力学的等效情况下，只有一个延迟时间。当依赖于时间的外部工作协议被打开时，系统与环境的相关性可以帮助或阻碍其接近平衡，并影响其熵的产生，这取决于系统与环境之间的耦合强度。
2022-02-14 cond-mat.stat-mech
General formalism for calculating the thermal efficiency of thermodynamic cycles defined in a $p-V$ diagram
本文提出了一种计算压力-容积（$p-V$）图中任意热力循环热效率的通用方法。为了证明我们的方法是多么有效，我们计算了理想气体发动机的热效率为几个非平凡的循环中的$p-V$图，包括圆形，心形，摆线的Ceva，和星形曲线。我们确定沿循环的段，其中热量从热机吸收或释放。我们的方法可以应用于任何气体模型，作为一个例子，我们提出的范德华气体的结果。
2022-01-10 cond-mat.stat-mech
Bivectorial Nonequilibrium Thermodynamics: Cycle Affinity, Vorticity Potential, and Onsager's Principle
我们概括了Landauer和Bennett在计算方面的工作以及Hill在化学动力学方面的工作中的一个思想，以强调动力学循环在介观非平衡热力学（NET）中的重要性。对于连续随机系统，用定常通量$\mathbf{J}^{*}=\nabla\times\mathbf{A}$的循环亲合势$\nabla\wedge\big(\mathbf{D}^{-1}\mathbf{b}\big)$和涡度势$\mathbf{A}(\mathbf{x})$来表示相空间中的NET。每个双矢量循环耦合两个由矢量表示的输运过程，并产生Onsager的互易性;两个双矢量的标量积$\mathbf{A}\cdot\nabla\wedge\big(\mathbf{D}^{-1}\mathbf{b}\big)$是非平衡稳态中的局部熵产生率。一个Onsager算子，映射涡度循环亲和力。
2020-12-16 cond-mat.stat-mech
Markov Processes linking Thermodynamics and Turbulence
这篇博士论文从理论的角度研究发展湍流的马尔可夫图。本文由两部分组成。第一部分介绍了随机热力学，第二部分旨在将随机热力学的概念转移到发展湍流中。随机热力学的中心是马尔可夫过程。一个基本的例子是布朗运动。与宏观热力学相反，布朗粒子的单个轨迹所做的功和产生的熵是随机量。这种涨落量的统计性质是随机热力学领域的中心。突出的结果是所谓的波动定理，表达了生产和消费之间的平衡熵和推广的第二定律。/假设涡流的湍流级联是湍流产生的主要机制，并确定了发展的湍流的统计特性。发展湍流的一个有趣现象，称为小尺度湍流，是流速的剧烈小尺度波动，超过任何高斯预测。与布朗运动类似，本文论证了湍流级联的马尔可夫过程是如何通过马尔可夫性质的假设得到的，它与K62模型是等价的。除了K62模型，它演示了有多少其他模型的湍流可以写为马尔可夫过程，包括标度律，乘法级联，多重分形模型和场论方法。基于各种马尔可夫过程，讨论了级联过程中熵的产生及相应的涨落定理。特别是，实验数据表明，熵消耗与小规模的不稳定性，熵消耗和逆级联之间的连接是暗示性的。
2015-10-21 cond-mat.stat-mech
Kinetic heterogeneity tightens thermodynamic bounds on spectra of Markov cycles
Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学前沿与基础科学研究院）
该研究提出用循环正向与反向速率几何均值这一粗粒化动力学量，收紧马尔可夫循环的热力学谱界，证明仅均匀循环能达到Uhl-Seifert边界，还构建了统一动力学信息与亲和度-缠绕界的复分析框架。
2026-10-06 cond-mat.stat-mech
Duality between dissipation-coherence trade-off and thermodynamic speed limit based on thermodynamic uncertainty relation for stochastic limit cycles
The University of Tokyo（东京大学）
本文基于热力学不确定性关系，推导了随机极限环在弱噪声极限下的两个基本权衡：耗散-相干权衡和热力学速度限制，并通过噪声罗素模型和随机化学系统进行了数值验证。
2026-05-01 cond-mat.stat-mech
Exact bound of power-efficiency trade-off in finite-time thermodynamic cycles
Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）；Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）
本文推导了有限时间热机中功率与效率权衡的精确界限，为评估热机性能提供了理论依据。
2025-09-17 cond-mat.stat-mech
Hidden Markov models for stochastic thermodynamics
状态估计和隐马尔可夫模型的形式化可以简化和澄清存在反馈和测量误差的随机热力学的讨论。在回顾了基本的形式主义，我们用它来阐明最近的讨论相变的信息引擎，其中测量噪声作为一个控制参数的优化响应。HMM形式主义还表明，附加信息的值在中间信噪比处显示出最大值。最后，我们讨论了如何开放的信息流系统显然可以违反因果关系的HMM形式主义可以量化的性能增益，由于这种违反。
2015-04-29 cond-mat.stat-mech
Kinetics and thermodynamics of first-order Markov chain copolymerization
我们报告的随机过程建模的一阶马尔可夫共聚物的增长，以及解聚的逆反应的理论研究。这些过程由描述单体的附着和脱离的动力学方程支配。在多组分共聚和解聚的稳定状态下，得到了这些动力学方程的精确解。热力学平衡被认为是生长速度平均为零且满足细致平衡的状态。远离平衡，热力学熵产生的解析表达式推导出的香农无序的共聚物序列中的每个单体。在完全不可逆的增长制度下恢复梅奥-刘易斯方程。该理论也适用于伯努利链的情况下，附着和脱离速率只取决于反应单体。
2014-05-20 cond-mat.stat-mech
Backward transfer entropy: Informational measure for detecting hidden Markov models and its interpretations in thermodynamics, gambling and causality
传递熵是信息流的一个公认的度量，它量化了两个随机时间序列之间的直接影响，并已被证明是有用的在各种科学领域。在这里，我们介绍了向后的时间序列的转移熵称为向后转移熵，并表明向后转移熵量化了它是多远，从动态到隐马尔可夫模型。此外，我们讨论了在完全不同的热力学设置的信息处理和赌博与边信息的后向传递熵的物理解释。在热力学和博弈的两种情况下，后向传递熵表征了可能损失的一些利益，而传统传递熵表征了可能的利益。我们的结果暗示了热力学和信息流存在下的赌博之间的深刻联系，并且后向传递熵将在非平衡热力学、生物化学科学、经济学和统计学中作为一种新的信息流度量有用。
2016-09-21 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic Geometric Constraint on the Spectrum of Markov Rate Matrices
Universal Biology Institute, The University of Tokyo（东京大学 全球生命医学研究科）；ICREA-Complex Systems Lab, Universitat Pompeu Fabra（加泰罗尼亚高级研究所复杂系统实验室，庞培法布拉大学）；ICTEAM Institute, UCLouvain（UCLouvain ICTEAM研究所）；Department of Physics, Kyoto University（京都大学 物理学系）；Department of Physics, The University of Tokyo（东京大学 物理学系）
本研究证明了马尔可夫速率矩阵谱的热力学几何约束，通过椭圆定理限制了特征值的分布，并探讨了其对相关函数的影响。
2025-12-19 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic formalism and large deviation functions in continuous time Markov dynamics
热力学形式主义，这是第一次开发的动力系统，然后应用到离散马尔可夫过程，原来是非常适合连续时间马尔可夫过程，以及，提供的定义是在一个适当的方式解释。此外，它还可以用一个可观测量的母函数来表示，然后推广到其他可观测量。特别是，简单的可观察的$K$给出了在给定的时间间隔内发生的事件的数量，原来已经包含动态相变的签名。对于平衡态的平均场模型和大系统的极限，形式主义是相当简单的应用，并显示如何热力学相变可以修改系统的动力学性质。这与q态平均场Potts模型，其中伊辛极限q=2被发现是定性不同于其他情况下，这是例证。
2007-03-16 cond-mat.stat-mech
Cycle affinity and winding localize eigenvalues of Markov generators
ICREA-Complex Systems Lab, Universitat Pompeu Fabra（ICREA复杂系统实验室，庞培法布拉大学）；Universal Biology Institute, Graduate School of Science, The University of Tokyo（东京大学理学研究科泛生物研究所）；Barcelona Collaboratorium（巴塞罗那协作实验室）；Department of Physics, Graduate School of Science, Kyoto University（京都大学理学研究科物理系）；Department of Physics, Graduate School of Science, The University of Tokyo（东京大学理学研究科物理系）
研究揭示马尔可夫生成器本征值由非平衡循环局部化，揭示热力学驱动力、振荡与本征模衰减之间的根本权衡，推导出新热力学界限并证明Uhl-Seifert椭圆猜想。
2026-10-12 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic uncertainty relation for first-passage times on Markov chains
我们推导了连续时间马尔可夫链上首次通过时间的热力学不确定关系。TUR利用来自双向转换的熵产生和来自单向转换的净通量，提供FPT波动的下限。由于每个双向转换也可以被看作是一对单独的单向转换，我们的方法通常会产生一个TURs的合奏。FPT波动的最紧的约束，然后可以从这个合奏通过一个简单的和物理动机的优化过程。本文给出的结果是有效的任意初始条件下，平衡动力学，并因此非常适合于描述固有的不可逆的第一次穿越事件。因此，它们可以很容易地应用于各种学科中出现的无数首次通过问题。
2021-03-30 cond-mat.stat-mech
Generalized Mass Action Law and Thermodynamics of Nonlinear Markov Processes
非线性马尔可夫过程是一类保正性的测度值动力系统。它们可以表示为相互作用粒子的一般马尔可夫模型的大数定律极限。在物理学中，动力学方程允许李雅普诺夫泛函（熵，自由能等）。这可以被认为是从微观主方程的李雅普诺夫泛函的一种继承。我们研究从微观线性马尔可夫过程继承热力学性质的非线性马尔可夫过程。我们发展了非线性马尔可夫过程的热力学，并分析了渐近假设，这是充分的继承。
2015-04-30 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
An Explicit Microreversibility Violating Thermodynamic Markov Process
我们明确地构造了一个马尔可夫过程的非微可逆转移矩阵，并将其应用于标准的三态Potts模型。这提供了一个清晰和简单的证明，通常的微可逆性属性的物理蒙特卡罗算法是不是严格必要的从数学的角度来看。
2008-07-17 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Thermodynamic optimization of finite-time feedback protocols for Markov jump systems
本文结合最优传输理论与可达到的 Fano 不等式，研究马尔可夫跳跃系统中麦克斯韦妖控制的有限时间反馈过程，给出固定信息消耗下最小熵产生的可达界限及最优协议。
2025-03-17 cond-mat.stat-mech
Entropy Production in Mesoscopic Stochastic Thermodynamics: Nonequilibrium Kinetic Cycles Driven by Chemical Potentials, Temperatures, and Mechanical Forces
非平衡态热力学（英语：Nonequilibrium thermodynamics，NET）研究系统在整体平衡之外的过程。在介观水平上，它提供了各种复杂现象的统计动态描述，如化学反应，离子传输，扩散，热化学，热机械和机械化学通量。在本综述中，我们介绍了一个介观随机制定NET通过分析熵产生在几个简单的例子。强调了非平衡稳态循环动力学的基础作用。在这种情况下，昂萨格的互惠关系的统计力学阐明。化学机械，热机械和酶催化的热化学能量转换过程进行了讨论。有人认为，介观随机NET提供了一个严格的数学基础的基本概念，需要理解复杂的过程中的化学，物理和生物学，这也是相关的纳米技术的进步。
2016-01-15 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
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
Optimal thermodynamic uncertainty relation in Markov jump processes
本文研究Markov跳过程中TUR型不等式的紧致性与最优性，证明伪熵产生给出最优Fisher信息，并通过纳入广义经验测度使不等式在一般非平衡定态系统中等号成立，从而揭示其层级结构。
2021-07-09 cond-mat.stat-mech
A Numerical Method to Find the Optimal Thermodynamic Cycle in Microscopic Heat Engine
热机是发展非平衡态热力学的基本物理对象。热机的热力学性能取决于循环的选择和参数的时间依赖性。在这里，我们提出了一个系统的数值方法来找到一个热机循环优化一些目标函数。我们将该方法应用于参数缓变的热机，并表明该方法工作良好。我们的数值方法是基于遗传算法，这是广泛应用于各种优化问题。
2021-04-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Entropy Production gives rise to Upper- and Lower-Bounds to Efficiency and COP of Cycles
从热力学的角度来看，在这个以节能和可持续发展为目标的时代，我们需要开发更精确的方法来设计热电，制冷和热泵循环。卡诺效率和卡诺性能系数是循环效率和性能系数的最高上限，这是循环热力学分析的一般做法。在本报告中，通过应用热力学第二定律的不可逆过程，这导致在一般的不等式关系的熵产生，我们引入了新的上限和下限的热功率循环的效率和COP的冷却和热泵循环。由此产生的上限和下限更接近实际的效率和COP的循环。这使我们能够更精确地设计循环和选择循环工作流体。
2013-07-20 cond-mat.stat-mech
Entropy production in a non-Markovian environment
随机热力学和相关的涨落关系提供了将热力学基本热力学定律推广到小尺度和非平衡系统的方法。波动的热力学变量通常在孤立的哈密顿演化或开放系统中的马尔可夫动力学的背景下处理。然而，在非平衡条件下的驱动系统中，没有先验的理由证明马尔可夫近似是有效的。在这项工作中，我们引入了一个明确的非马尔可夫模型的动态开放系统，系统和环境之间的相关性驱动的一个子集的环境中的平衡。这样的一个环境产生了一种新的非马尔可夫熵产生项。为了恢复熵的涨落关系，必须考虑这种非马尔可夫分量。作为一个具体的例子，我们明确地推导出这种修改的波动关系的情况下，过热的单电子盒。
2015-05-28 cond-mat.stat-mech
The Resetting Heat Engine: A Thermodynamic Cycle of Thermal Expansion and Compression
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
本文通过分析受随机重置的布朗粒子，基于前向与反向轨迹集合的KL散度，将过程描述为热膨胀与压缩的热力学循环，并推导了熵产率与重置率的关系。
2026-05-27 cond-mat.stat-mech
Geometric Foundation of Nonequilibrium Transport: A Minkowski Embedding of Markov Dynamics
本文通过对称化KL散度将非平衡热力学与信息几何结合，揭示马尔可夫动力学参数空间的闵可夫斯基结构，从而系统分离对称与反对称行为，为研究输运性质提供统一框架。
2025-05-07 cond-mat.stat-mech
Alternative thermodynamic cycle for the Stirling machine
我们开发了一个替代的热力学循环的斯特林机，多方过程中发挥了核心作用。分析表达式的工作气体的压力和温度的体积的函数和参数的多变过程的特点。这种方法实现了一个更接近的协议与实验的压力-体积图，可以适应任何类型的斯特林发动机。
2017-04-05 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Dynamical equivalence classes for Markov jump processes
两个不同的马尔可夫跳变过程被恒定的热力学力从平衡态中驱动出来，在定态中可能有相同的电流波动。动态等价类的概念出现在这一声明中，由Andrieux提出的简单图上的离散时间马氏链。我们定义动态等价类的上下文中的连续时间马尔可夫链的多重图使用的对称部分的速率矩阵，定义的动态。反对称部分上的自由度是动力学等价类内部自由度的核心。它产生于热力学力在系统跃迁上的不同分裂。
2021-12-21 cond-mat.stat-mech
Discrete-time thermodynamic speed limit
本文研究离散时间马尔可夫链中的热力学速度极限，证明时间反演熵产生满足相应下界而时间倒推熵产生不满足，并为循环协议和单向跃迁系统推导出实用速度极限，且结果在连续时间极限下仍成立。
2025-07-07 cond-mat.stat-mech
Quantumness and thermodynamic uncertainty relation of finite-time Otto cycle
为了揭示量子性在Otto循环中的作用，并讨论热力学不确定关系在Otto循环中的有效性，我们研究了量子Otto循环及其经典对应循环.特别地，我们精确地计算了热力学量的平均值和相对误差。在准静态极限下，与没有量子性的情况相比，量子性降低了奥托循环的生产率和精度，而在有限时间模式下，它可以提高循环的生产率和精度。有趣的是，随着系统和浴之间的强度（热传导）的增加，量子奥托循环的精度超过了经典循环。通过对奥托循环的常规TUR的测试，在熵产生足够大的区域，我们发现了一个比常规TUR更紧的边界。然而，在有限时间模式下，量子和经典奥托循环都违反了传统的TUR的熵产生小的区域。这意味着，另一个修改的TUR需要覆盖有限时间的奥托循环。最后，我们从热力学量的不确定度积和共振条件附近的相对误差两个方面讨论了这种破坏的可能来源。
2021-03-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic cycles with active matter
活性物质不断地消耗能量，为其微观成分的自我推进提供动力。这为设计创新的循环发动机打开了大门，而无需任何平衡等效物。我们提供了一个一致的热力学框架来表征和优化这些循环的性能。基于一个极小模型，我们提出了一个协议，提取工作，只控制边界处的限制墙的属性，我们合理化的最佳周期之间的过渡。我们表明，相应的功率和效率一般是成比例的，使它们达到最大值，在相同的周期时间与热循环相比，我们提供了一个通用的关系约束的波动的功率。
2020-07-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hopf Bifurcation within Thermodynamic Representation
在Hamilton形式的基础上，我们证明了在系统演化过程中，当相平面的旋转区域被极限环所包围时，系统发生Hopf分支。本文提出了一个具有一组极限环的旋转相平面，它类似于装有超流He $^4$的旋转容器。在这样的表示，快速变化的角度被证明是减少到复杂的序参量，其模块平方起作用的作用的相位。分别将共轭场的矢势化为极限环内部相对于其外部的相对运动速度。
2006-04-13 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic inference in partially accessible Markov networks: A unifying perspective from transition-based waiting time distributions
从一个只能部分访问的物理系统的描述中推断热力学量是随机热力学的一个核心挑战。一种常见的方法是粗粒度，它将这样一个系统的动态映射到一个简化的有效系统。虽然粗粒化的系统状态到复合的是一个很好的研究概念，最近的证据暗示了一个互补的描述，考虑到可观察到的过渡和等待时间。在这项工作中，我们考虑部分可观测马尔可夫网络的两个连续转移之间的等待时间分布。我们制定了熵估计使用它们的比率来量化不可逆性。根据底层网络的复杂性，我们制定了标准来推断熵估计器是否恢复了全部物理熵产生，或者它是否只是提供了一个下界，以改进现有的结果。这种概念性的方法，它是基于基本周期的不可逆性，另外使我们能够推导出网络拓扑的估计，即，一个隐藏的循环的存在，它的状态数量和它的驱动亲和力。采用一个等价的半马尔可夫描述，我们的结果可以压缩成相应的半马尔可夫过程的涨落定理。这个数学的角度提供了一个统一的框架，熵估计考虑在这里和以前建立的。时间反演的正确版本的关键作用有助于澄清最近关于形式与物理不可逆性的意义的辩论。大量的数值计算的基础上的直接评估的等待时间分布说明我们的确切结果，并提供了一个估计的质量的界限的亲和性的隐藏周期。
2022-08-18 cond-mat.stat-mech
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
Thermodynamic incompleteness of state dynamics in Markovian transport
Infplane Computing Technologies Ltd（英方计算科技有限公司）
研究揭示了马尔可夫传输中状态动力学的热力学不完整性，指出即使状态主方程固定了occupation概率、稳态响应和弛豫，仍需明确底层跃迁如何分配到库和能量滤波器。
2026-05-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic Parametrisation of the Vertebrate Lifetime Cycle Invariant: Biological Proper Time, Allometric Mass-Cancellation, and Clade-Specific Predictions
West Los Angeles College（西洛杉矶学院）
本文提出生物时间等价原理，解释恒温脊椎动物寿命周期不变量的热力学机制，通过质量抵消和类群特异性预测解决数值来源和系统偏差问题。
2026-04-27 cond-mat.stat-mech
Stroboscopic measurements in Markov networks: Exact generator reconstruction vs. thermodynamic inference
本文研究Markov网络频闪观测下的热力学推断，比较熵产生率下界与矩阵对数重建生成元两种方法，给出精确重建的临界时间尺度及临界外的更紧界。
2025-03-14 cond-mat.stat-mech
Similarity between quantum mechanics and thermodynamics: Entropy, temperature, and Carnot cycle
讨论了量子力学与热力学的相似性。结果表明，如果将克劳修斯等式应用于Shannon熵和热量的类比，则Shannon熵的值与正则密度矩阵的冯诺伊曼熵的值在形式上一致，纯态量子力学显然转化为量子热力学。研究了一维无限深势阱中粒子的简单两态模型的量子卡诺循环，证明了其效率与经典卡诺循环相同.
2011-03-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Energy Dissipation Bounds for Autonomous Thermodynamic Cycles
在热力学过程中，有多少自由能不可逆地损失？对于确定性协议，能量耗散的下限来自于与在有限时间内将系统推离平衡相关联的热力学摩擦。最近的工作也限制了精确移动单个自由度的成本。使用随机热力学，我们计算一个自主控制系统的总能量成本，同时考虑热力学摩擦和熵成本，精确地指导一个单一的控制参数。我们的研究结果对通常对绝热极限的理解提出了挑战：在这里，即使无限慢的协议在能量上也是不可逆的。
2021-03-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Possibility of the total thermodynamic entropy production rate of a finite-sized isolated quantum system to be negative for the Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad-type Markovian dynamics of its subsystem
研究了孤立量子系统的热力学总熵产生率。特别是，我们考虑了一个量子模型的耦合谐振子在一个星配置，其中一个中心谐振子（系统）耦合到一个有限数量的周围谐振子（浴）。在这个模型中，当整个系统的初始状态由系统和浴的吉布斯态的张量积给出时，每个谐振子总是处于温度依赖于时间的吉布斯态。这使我们能够定义每个谐振子的含时热力学熵和总的非平衡热力学熵作为它们的总和。我们分析确认，总热力学熵满足热力学第三定律。我们的数值解表明，即使当系统的动力学很好地近似的Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad（GKSL）型马尔可夫主方程，总热力学熵产生率可以是负的，而总热力学熵满足热力学第二定律。这一结果是对一般认为系统在GKSL型马尔可夫动力学下总熵产生率非负的一个反例。
2021-05-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Autonomous implementation of thermodynamic cycles at the nanoscale
在随机热力学和量子热力学中，有两种范式来研究纳米引擎。不依赖于任何外部时间依赖性的自主模型，以及利用时间依赖性控制场的模型，通常与将控制协议划分为热力学循环的理想化冲程相结合。虽然后一种范式提供了理论上的简化，但由于所涉及的近似，其在实践中的效用受到质疑。在这里，我们通过构建一个自治的模型，实现了在一定的参数制度的热力学循环的桥梁两种范式。这种效果是可能的自振荡，实现了在我们的模型中的研究电子穿梭机制。基于实验现实的值，我们发现，单电子工作流体的热力学循环分析是{ \it不}合理的，但几个电子的工作流体可能足以证明它。此外，额外的开放挑战仍然是自主实施更多的研究卡诺和奥托循环。
2021-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic Entropy from Sadi Carnot's Cycle using Gauss' and Doll's-Tensor Molecular Dynamics
卡诺的四部分理想气体循环包括等温和绝热膨胀和压缩。分析这个循环为统计热力学提供了基本的基础。我们从教学的角度探讨循环，以促进理解宏观热力学熵，态函数与热能的变化。从另一种微观观点来看，哈密顿量${\cal H}(q,p)$是能量，熵是与宏观状态相关的相空间体积$Ω$（的对数）。我们将两种新形式的哈密顿力学应用于卡诺循环：[1]等温段的高斯等动力学和[2]等熵绝热段的多尔张量。我们探讨的等效性的微观和宏观观点卡诺循环简单的流体在这里，开始与理想的克努森气体和扩展的分析，以一个原型的简单流体。
2022-02-09 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
Thermodynamics of Precision in Markovian Open Quantum Dynamics
热力学和动力学的不确定性关系表明之间的权衡的相对波动的观测量和热力学量，如耗散和动力学活动。虽然这些关系在经典系统中已经得到了很好的研究，但在量子领域中仍然没有得到很大的探索。在本文中，我们研究了马尔可夫开放量子系统的这种权衡关系，其潜在的动力学是量子跳跃，如热过程和量子测量过程。具体来说，我们推导出有限时间的下限的相对波动的动力学观测值和他们的第一次通过时间为任意的初始状态。该界表明，观测量的精度不仅受热力学量的约束，而且受量子相干性的约束。我们发现，在一类非简并能级系统的耗散过程中，相对涨落与熵产生或动力学活动的乘积被量子相干性增强。我们的研究结果提供了深入了解的生存经典的量子情况下的不确定性关系。
2022-04-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
A thermodynamic cycle for the solar cell
太阳能电池是一种热机，但从热力学的观点来看，教科书上的论述并不完全令人满意，因为它们将太阳能电池描述为直接将光能转化为电能，而电路中的电流由静电势维持。我们提出了一个热力学循环中的气体的电子在p相作为工作物质。p相和n相之间的界面充当自振荡活塞，其调节从光子吸收的热，使得其可以根据热力学热力学定律在其运动的完整循环期间执行净正功。我们画一个简单的流体动力学之间的类比，这个模型和“推推”的玩具船发动机，其中水的液相和气相之间的界面作为活塞。我们指出这个模型的一些可检验的后果。
2017-01-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Internal dissipation and heat leaks in quantum thermodynamic cycles
可以设计跨连接到多个浴的通用量子系统的稳态热流的方向，以便实现几乎任何热力学循环。尽管它们的通用性，这种连续的能量转换系统通常由于不可忽略的不可逆熵产生源而不能以最大效率操作。本文介绍了一种不可逆吸收式制冷机的极小模型。我们确定和表征负责其不可逆性的不同机制，即热泄漏和内部耗散，并衡量它们在整体冷却性能的相对影响。我们还提出了油藏工程技术，以尽量减少这些不利影响。最后，通过研究吸收冷却循环的已知三量子位实施例，我们说明了我们的简单模型如何有助于确定在更复杂的实际热设备中自然产生的不可逆性的不同来源。
2015-09-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Coherent backaction between spins and an electronic bath: Non-Markovian dynamics and low-temperature quantum thermodynamic electron cooling
我们提供了一个多功能的分析框架，用于计算自旋系统的动力学接触的费米子浴超越马尔可夫近似。该方法是基于二阶扩展的Nakajima-Zwanzig主方程，但系统地包括所有的量子相干记忆效应，导致非马尔可夫动力学。我们的结果描述了，对于自由感应衰减，完整的时间范围从非马尔可夫动力学在短时间内，众所周知的指数热衰减在长时间。我们提供了完整的分析结果，为整个时间范围内使用浴巡回电子作为一个原型的普遍量子波动。此外，我们提出了一个量子热力学方案，利用非马尔可夫衰变的温度不敏感性，将热量从电子系统中传输出去，从而通过重复重新初始化自旋簇，在非常低的温度下有效地冷却电子。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Milestoning Markov-jump dynamics: Stationary properties, thermodynamic consistency, kinetic hysteresis, and fluctuation symmetries
University of Oxford（牛津大学）；Max-Planck-Institute for Multidisciplinary Sciences（马克斯·普朗克多学科科学研究所）；University of Freiburg（弗赖堡大学）
本文推导了通用马尔可夫跳跃过程到可观测半马尔可夫动力学的精确粗粒化，证明了等待时间分解为条件独立的驻留和过渡时间，并展示了动力学滞后对耗散的持续影响。
2026-06-16 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Gallavotti-Cohen-Type symmetry related to cycle decompositions for Markov chains and biochemical applications
我们稍微扩展了波动定理\cite{LS}的发电机的总和，考虑连续时间马尔可夫链的有限状态空间，其基础图形有多个边缘和没有循环。这种扩展框架适用于分析化学系统。作为简单的推论，我们用另一种方法导出了D. Andrieux和P. Gaspard，用于与一组基本定向循环\cite{AG2}相关的弦上的通量。我们将每个随机轨迹与图上的定向循环相关联，并将其分解为定向循环的基础。我们证明了在这个分解的系数的波动定理。由此产生的涨落定理涉及到循环亲和性，在许多真实系统中，循环亲和性对应于宏观力。此外，当分析马尔可夫链的可加泛函的大偏差时，上述分解是有用的。作为应用的例子，在一个非常普遍的情况下，我们推导出的分子马达的机械和化学电流沿周期性的灯丝移动的波动关系。
2011-02-21 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
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
Thermodynamic uncertainty relation for quantum first passage process
本文导出了量子马尔可夫链中首次通过过程的热力学测不准关系。我们考虑第一次通过过程，停止后，一个固定的跳跃次数，这与典型的量子马尔可夫链，在一个固定的时间结束。利用量子多体系统中不可逆性的量化方法-Loschlund回声，我们得到了量子马尔可夫链中首通过程的观测量的界。考虑一个特殊的情况，我们表明，下界对应的量子费舍尔信息，它在量子系统中的不确定关系起着基础作用。此外，考虑到经典动力学，我们的界限减少到经典的第一次穿越过程的热力学不确定性关系。
2022-03-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Maxwell's Demon in Thermodynamic Cycles
从量子力学的角度描述了Maxwell 'sDemon（MD）的位置测量、壁的插入和信息擦除，研究了MD在热力学循环中做功的物理机制。热机的例子是一个分子被限制在一个无限深的平方势插入一个可移动的固体壁，而MD被建模为一个两级系统（TLS）的测量和控制的分子的运动。发现具有量子相干性的分子动力学或在比粒子热浴温度低的温度下，将增强系统加上分子动力学所形成的整个工作物质对外做功的能力。这一观察结果表明，MD的作用本质上是驱动整个工作物质偏离平衡，或等效地以有效温差工作。对该模型的深入研究揭示了有限尺寸对Szilard热机热力学极限的影响，这与Szilard热机的一般理论相悖。详细计算了量子SHE的效率，证明了热力学第二定律的正确性。
2010-09-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
