On the Computational Power of Molecular Heat Engines
热机是一种利用热储器和冷储器之间的温差做功的机器。在这里,两个水库是量子系统和一个热机描述的幺正变换,减少了平均能量的二分系统。在分子尺度上,实现这样一个单一的热机的能力与执行逻辑运算和经典计算的能力密切相关。通过几个例子说明了这一点:(1)最基本的热机是作用于具有不同能隙的1热1冷两能级系统的SWAP门。(2)一对三能级系统上的最优酉热机可以直接实现或门和非门,以及复制操作。因此,在从热和冷系综中取出的每对3-能级系统上实现该热机的能力允许通用经典计算。(3)最佳热机工作在一个热态和一个冷态的不同频率的振荡器模式,能够近似计算多项式和根。(4)一个最优热机作用于不同层间距的1热n冷两层系统甚至可以解决NP完全问题KNAPSACK。虽然已经知道相互作用多粒子系统的基态的确定是NP-难的,但最佳热机是一个热力学问题,即使对于n个非相互作用自旋系统也是NP-难的。这一结果表明,分子热机的效率可能有复杂性理论的限制。
2005-02-02 quant-ph
Two-stroke Quantum Measurement Heat Engine
我们提出并分析了一个二冲程量子热机的理论模型,其中一个热浴被非选择性量子测量取代。我们表明,发动机的不变的参考状态取决于是否通过诊断测量周期监测或不监测,以确定发动机的工作输出。我们详细探讨了监测和未监测的情况下,建议的热机的平均输出功率和波动。我们还确定了单一的工作冲程,不变状态可以支持coherencies在能量基础上导致不同的预测,平均能量变化在单一的工作冲程和平均工作从标准的两个投影测量方法。
2022-01-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
On exact identity between thermodynamic and informatic entropies in a unitary model of friction
考虑了分子库的基本碰撞模型,在该模型上施加一个外场,并将功耗散成热。为了在微观水平上实现宏观不可逆性,我们引入了一个随机混合分子身份的“不可逆”映射。这张地图预计将产生信息熵完全等于独立计算的不可逆热力学熵。
2006-05-28 quant-ph
Quantum heat engines and nonequilibrium temperature
一对两级系统最初准备在不同的热状态和耦合到一个外部可逆的工作源,一般不达到一个共同的温度在一个单一的工作提取过程结束。定义了二体量子系统最终非平衡被动态的有效温度,并分析了它的性质。
2009-09-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Measurement-based Formulation of Quantum Heat Engine
量子热机存在两种公式,其模拟两个微观系统之间的能量传递。一种是半经典的情形,另一种是全量子的情形。前者被表述为内部系统的统一演化,并被统计力学界所采用。在后者中,整个过程被表述为幺正的,并且被量子信息社区所采用。本文提出了一个量子热机模型,它将能量从微观系统的集合转移到宏观系统,如燃料电池。在这种情况下,提取的工作量对人类来说是可见的。为此,我们将量子热机表述为测量过程,其测量结果是提取的功的量。在此模型下,我们导出了一个合适的能量守恒定律,并提出了一个更具体的子模型。然后,我们推导出一个新的权衡关系的可测量性的工作提取量和内部系统的一致性,检查应用的半经典的情况下,一个热机转移能量从微观系统的集合到宏观系统。
2017-03-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Improving Performance of Quantum Heat Engines using modified Otto cycle
本文通过在 Otto 循环中引入特定 Hamiltonian 下的自由演化冲程,使系统进入低激发态,从而提升量子热机的吸热量、功输出与效率,并以可积与不可积模型验证了临界点附近的显著改善。
2024-07-05 quant-ph
Minimising the heat dissipation of quantum information erasure
量子态工程和量子计算依赖于信息擦除过程,该过程在一定程度上保真度下以纯态制备量子对象。这种过程发生在兰道尔的框架内,如果它们依赖于对象和热库之间的相互作用。朗道原理规定,这必须耗散最小量的热量,与物体引起的熵减少成比例,到热库。然而,该下限仅在某些特定的物理情况下可达到,并且对于任何给定的储层不一定可达到。我们工作的主要任务可以说是最小化给定概率信息擦除的散热,即,- 如果我们要求在特定纯态$|φ_1\rangle$中制备物体的概率不小于$p_{φ_1}^{\max}-δ$,则最小化作为热传递到热库的能量的量。这里,$p_{φ_1}^{\max}$是物理上下文允许的信息擦除的最大概率,而$δ\geqslant 0$是错误。为了确定在给定的物理环境中量子信息擦除的可实现的最小散热,我们明确优化了所有可能的幺正算子,作用于对象和水库的复合系统。具体而言,我们将这种最佳酉算子的等价类,使用工具从优控制理论,当我们被限制在有限维希尔伯特空间。此外,我们讨论了如何纯态制备过程可以实现一个较小的热成本比兰道尔的限制,通过操作外的兰道尔的框架。
2016-01-25 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
Optimal Control of a Markovian Qubit with Unitary Control
该研究针对受快速幺正控制的马尔可夫量子比特系统,结合约化控制系统与最优控制理论,得到时间最优的冷却/加热控制策略与布洛赫球可稳定态集合,引入解形式简洁的积分系统,方法以解析为主、可直观可视化。
2024-04-14 math.OC quant-ph
A Co-Design Framework of Neural Networks and Quantum Circuits Towards Quantum Advantage
University of Notre Dame(圣母大学);IBM Thomas J. Watson Research Center(IBM托马斯·J·沃森研究中心)
尽管在各种应用中追求量子优势,但量子计算机在神经网络计算中的能力大多仍是未知的,这主要是由于有效地设计适合于量子线路实现的神经网络模型的缺失环节。在本文中,我们提出了协同设计框架,即QuantumFlow,以提供这样一个缺失的环节。QuantumFlow由新颖的量子友好神经网络(QF-Nets)、用于为QF-Nets生成量子线路(QF-Circ)的映射工具(QF-Map)和执行引擎(QF-FB)组成。我们发现,为了充分利用量子表示的强度,最好将神经网络中的数据表示为随机变量或酉矩阵中的数字,以便它们可以直接由基本量子逻辑门操作。基于这些数据表示,我们在QuantumFlow中提出了两个量子友好的神经网络,QF-pNet和QF-hNet。使用随机变量的QF-pNet具有更好的灵活性,并且可以无缝连接两个层,而无需测量,比QF-hNet具有更多的qbit和逻辑门。另一方面,具有酉矩阵的QF-hNet可以将2^k个数据编码为k个qbits,并且一种新的算法可以保证成本复杂度为O(k^2)。与经典计算的O(2^k)开销相比,QF-hNet体现了量子优势。评估结果表明,QF-pNet和QF-hNet可以分别达到97.10%和98.27%的准确率。结果进一步表明,神经计算的输入大小从16增加到2,048,QuantumFlow的成本降低从2.4倍增加到64倍。此外,在MNIST数据集上,QF-…
2020-09-09 cs.LG quant-ph
Lorentz Spin-Foam with Non Unitary Representations by use of Holomorphic Peter-Weyl Theorem
在量子引力中,幺正演化并不像非相对论性量子力学中的薛定谔方程那样,可以从惠勒-德威特动力学方程推导出来。因此,我们可以定义一个基于SL(2,C)旋量有限非酉表示的自旋泡沫模型。最近发现的全纯Peter-Weyl定理\cite{Huebschmann}使得将非紧Lorentz群的δ函数分解为矩阵系数的收敛和成为可能。我们计算的顶点振幅的帮助下,该定理,并获得一个简单的表达式为我们的模型。通过Huebschmann-Kirillov变换\cite{Huebschmann}从$SU(2)$ Hilbert空间定义了$SL(2,C)$ Hilbert空间。一种新的变换比众所周知的霍尔变换更简单,因为它不包含热核卷积。我们没有先验地设置Barbero-Immirzi常数$γ$,而是将其作为对角和非对角简单性约束的解获得,其中$γ= \frac{-in}{(|n| + 2p)}$是$p$是非负半整数。当使用$p=0$时,解决方案对应于Ashtekar的自对偶连接。我们指出,Barbero-Immirzi成为真正的,当一个选择一个酉表示。当表示是非酉主级数或非酉旋量表示时,它是复杂的。
2015-10-06 gr-qc quant-ph
Quantum Jarzynski equality of measurement-based work extraction
许多关于量子尺寸热机的研究都假设内部系统的动力学是幺正的,并且提取的功等于内部系统的能量损失。然而,这两种假设都应该受到审查。本文采用Hayashi和Tajima~[arXiv:1504.06150]提出的基于测量的功提取公式,分析了量子尺度热机.我们首先证明了不适当的酉时间演化的内部系统(即上述第一个假设)使用一个简单的两级系统,我们表明,转移到外部系统的能量的方差发散时,内部系统的动态近似为一个酉时间演化。第二,我们推导出量子Jarzynski等式的基础上制定的Hayashi和Tajima作为一个关系的工作测量的外部宏观设备。等式的右边对于“自然”循环过程简化为1,但对于非循环过程波动很大,经常超过1。这种波动在实验中应该是可检测的,并为本制剂提供证据。
2016-10-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
The invariant-based shortcut to adiabaticity for qubit heat engine operates under quantum Otto cycle
在本文中,我们研究的作用和相关性的成本为基础的快捷方式绝热使量子位热机运行在量子奥托循环。我们考虑一个量子位热机与朗道-齐纳哈密顿和改善其性能使用刘易斯-Riesenfeld不变量为基础的捷径绝热方法。针对成本对提高性能的重要性,本文探讨了成本与热机的功和效率的关系。我们分析了热机循环中非绝热幺正过程的成本随时间的变化。还讨论了获得量子位热机的准静态性能所需的成本。我们发现,由于非绝热性的发动机的效率损失可以恢复使用快捷的方法,它甚至有可能在有限的时间内,以较高的成本获得准静态性能。
2022-03-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Analytical approach for treating unitary quantum systems with initial mixed states
混合态是量子光学中的重要态,因为它们经常出现在退相干问题中。当系统中的一个组分处于混合态时,如果系统的演化算符不可用,则不能推导出密度矩阵。我们提出的分析方法,以准确地解决这个问题。该方法可应用于系统的薛定谔方程在任意初始状态下可解的条件。在推导的解决方案,我们利用这一事实,任何混合状态可以表示在一个相位状态。该方法通过推导与两个量子比特非对称相互作用的单模热环境的密度矩阵来说明。我们的结果是在良好的协议与文献中的结果。这种方法为处理复杂系统开辟了新的视角,并可能影响量子理论的其他应用。
2011-02-23 quant-ph
Measuring work and heat in ultracold quantum gases
我们提出了一个可行的实验方案,以直接测量冷原子装置中的热和功。该方法是基于最近的建议,这表明工作是一个积极的运营商价值的措施(POVM)。在目前的贡献中,我们证明了原子之间的相互作用和探测激光的光偏振使我们能够实现这样的POVM。通过这种方式,在给定过程之后对原子所做的功或从原子提取的功被编码在光正交中,该光正交可以用标准零差检测来测量。该协议允许一个验证波动定理和研究一个给定的热力学过程的非幺正动力学性质。
2015-03-24 cond-mat.quant-gas quant-ph
Work Fluctuations in Ergotropic Heat Engines
本研究针对两冲程量子奥托ergotropic热机的功涨落问题,推导了两不同频率等间距qutrit系统的完整功统计,发现三类最优幺正冲程,并证实非厄米的组合幺正变换会违反强细致涨落定理导出的热力学不确定关系。
2023-11-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Experimental demonstration of information to energy conversion in a quantum system at the Landauer Limit
朗道原理为经典和量子信息处理设定了基本的物理学约束,因此不仅影响物理学的各个分支,而且影响计算机科学和工程。尽管这个原理很重要,但直到最近才在实验上被考虑用于经典系统。在这里,我们采用了核磁共振设置实验解决量子系统中的信息到能量的转换。具体来说,我们考虑一个三核自旋$S=1/2$(量子位)分子-系统,水库和附属-测量的热量耗散在实施过程中的全球系统水库酉相互作用,改变系统的信息内容。通过采用干涉技术,我们能够重建与幺正相互作用相关的热分布。然后,通过量子态层析,我们测量了系统熵的相对变化。通过这种方式,我们能够验证改变系统信息内容的操作必须在水库中产生热量,正如Landauer原理所预测的那样。本文提出的方案可以详细研究量子信息处理器中的不可逆熵产生。
2016-03-14 quant-ph
Many-body quantum heat engines based on free-fermion systems
该研究针对自由费米子系统的非理想量子多体奥托热机,推广了非理想条件下热与功的热力学表达式,用以评估横向场量子伊辛链为工质的热机的有限时间功和功率,分析了参数相关的最优工作点。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charging a quantum battery via non equilibrium heat current
当量子系统受到热梯度时,它可能会通过进入所谓的非平衡稳态(NESS)来维持稳定的非平衡热流。在这里,我们表明,NESS构成一个热力学资源,可以利用燃料的量子热机。这增加了最近报道的纳米尺度上可用的源的列表,例如相干、纠缠和量子测量。我们阐明了这一概念,通过分析和数值研究的两个量子比特的量子电池,交替充电的热梯度和放电的应用程序的适当选择的酉门。用于充电步骤的NESS的存在保证了正功率输出的稳定操作。减少充电步骤的持续时间导致时间周期性稳定状态,伴随着增加的效率和输出功率。该设备是服从不同的纳米技术平台的实施。
2020-12-16 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
Optimal Efficiency of Heat Engines with Finite-Size Heat Baths
利用信息几何和强大偏差给出了热浴为$n$ -粒子系统的量子(或经典)热机的最优效率。我们给出了最佳的工作提取过程作为一个具体的能量保存统一的时间演化之间的热浴和工作存储。我们表明,我们的最佳工作提取把无序的能量的热浴有序的能量的工作存储,通过评估的熵差的比率,在热浴和工作存储的能量差,分别。通过将统计力学最优效率与宏观热力学边界进行比较,从统计力学的角度评价了有限尺寸热浴宏观热力学的准确性。我们还评估了量子相干性对循环过程的最佳效率的影响,而不限制其循环时间,通过比较经典和量子最佳效率。
2016-08-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
Classicality of the heat produced by quantum measurements
量子测量最终是一个物理过程,由被测系统和测量仪器之间的相互作用产生。在热力学背景下考虑测量的物理过程自然会提出以下问题:如何解释功和热?在本文中,我们模拟测量过程中的任意离散观测作为一个测量方案。在此,待测量的系统首先与设备单一地耦合,并且随后复合系统相对于可观察的指针被客观化,从而产生确定的测量结果。因此,功可以解释为由于么正耦合而引起的复合系统内能的变化。根据热力学热力学第一定律,热是由于指针客观化而导致的该化合物的内能的后续变化。我们认为,该装置作为一个稳定的记录测量结果,只有当指针可观察到的哈密尔顿和交换表明,这种交换性意味着热的不确定性将必然是经典的。
2021-12-08 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum work by a single photon
经典电磁场对量子偶极子所做的功在量子光学中是众所周知的。在这种情况下,吸收功率线性地依赖于平均偶极矩的时间导数。然而,下面的问题仍然没有答案:由单光子态组成的最基本的电磁脉冲能对量子偶极子做功吗?事实上,在这种情况下,平均量子偶极矩恰好为零。在本文中,我们提出了一种方法,积极回答这个问题,通过结合量子机和开放量子系统领域的技术。量子功在这里被定义为对量子偶极子能量变化的么正贡献。我们表明,这种量子功对应于光子脉冲动态斯塔克移动偶极所花费的能量。对偶极子能量的非幺正贡献在这里被定义为广义量子热。我们表明,这种广义的量子热是对应于非平衡光子吸收和发射的能量。最后,我们揭示了单光子和低强度相干场的量子功与广义量子热之间的联系。
2017-09-27 quant-ph
Work Generation from Thermal Noise by Quantum Phase-Sensitive Observation
我们提出了从热噪声中提取工作的概念,通过对噪声输入进行相位敏感(零差)测量,然后对测量后的状态进行(依赖于结果的)幺正操作。对于优化的测量,平均超过一个量子的噪声输入产生热功转换,其效率和功率随着输入量子的平均数、检测器效率及其逆温度而增长。该协议被证明是有利的信息和热机的常见模型相比。
2021-06-17 quant-ph
Measurement-based quantum Otto engine with a two-spin system coupled by anisotropic interaction: enhanced efficiency at finite times
本研究针对各向异性耦合双自旋的基于测量量子奥托引擎,分析有限时间下的效率特性,发现短时间内合适调控幺正过程可使引擎效率高于准静态引擎,且短时间内热库影响可忽略。
2023-04-12 quant-ph
State-independent robust heat-bath algorithmic cooling of nuclear spins
本研究在NMR量子处理器上实验实现了不依赖初始态、仅用单一固定操作的鲁棒热浴算法冷却,完成13C和15N自旋的高效冷却,首次在15N自旋上验证最优HBAC并探究退相干影响。
2023-03-16 quant-ph
Efficiency of optically pumping a quantum battery and a two-stroke heat engine
在这项工作中,我们研究了通过光泵浦对量子电池充电的效率。该电池由一个qutrit和它连接到一个自然的热库和一个外部相干驱动器的限制,在那里它的上限能级可以从动态消除。在这种情况下,驱动器加上自发发射光泵的qutrit和电池的中间能级可以被理解为是由一个有效的更高的温度水库,使其与自然水库的平衡和存储有用的能量在it.We还分析了使用这种电池的效率和充电方案作为工作流体的二冲程热机。热力机器包括第四级,通过该第四级,经由单位变换从电池提取功,因此设定机器的最大效率的极限。
2022-10-19 quant-ph
Interaction of a quantum field with a rotating heat bath
在非幺正时间演化的马尔可夫主方程框架下,研究了旋转热浴与量子场的线性耦合。浴的旋转诱导粒子数反转的领域的低能量模式。对于玻色子来说,这会导致超辐射,这是一个不可逆的过程,其中一些浴的动能通过自发发射和受激发射被提取。我们找到了这种系统的能量和熵平衡,并将我们的结果应用到黑洞辐射理论中。我们还评论如何这涉及到经典的自振荡,包括流体力学中的剪切流不稳定性。
2018-05-14 gr-qc hep-th quant-ph
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
Work extremum principle: Structure and function of quantum heat engines
考虑一类量子热机,它由两个通过幺正变换相互作用的子系统组成,并耦合到两个不同温度的独立的热浴$T_h > T_c$中。发动机的目的是由于温差而提取功。它的动力学并不局限于近平衡状态。在各种约束条件下,通过最大化提取的功来确定发动机结构。当这种最大化是在有限功率下进行时,发动机动态由明确定义的温度描述,并满足第二定律的局部版本。此外,其效率从下到上由Curzon-Ahlborn值$1-\sqrt{T_c/T_h}$和卡诺值$1-(T_c/T_h)$限定。后者达到了|在有限功率下|对于宏观发动机,前者是在平衡极限$T_h\to T_c$下实现的。当功在零功率下最大化时,即使是小的(几级)发动机也能以卡诺效率提取功。
2007-09-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Systematic time-coarse graining for driven quantum systems
本文提出一种系统微扰理论,用于推导驱动量子系统时间粗粒化动力学的完整非幺正有效模型,并给出有效哈密顿量与赝耗散子的闭式公式,在超导电路模型中验证其比现有方法更准确且能解释新现象。
2024-07-31 quant-ph
Wigner entropy production and heat transport in linear quantum lattices
当一个量子系统被耦合到几个不同温度的热浴时,它最终会达到一个非平衡稳态,其特征是内部热流稳定。这些电流意味着熵在系统中以恒定的速率不断产生。本文应用相空间方法计算了一般线性谐波网络的维格纳熵产生。在弱内部耦合和弱耗散的普遍存在的限制下,我们得到了每个准概率流的熵贡献的简单封闭形式的表达式。我们的分析强调了内部酉相互作用(节点-节点耦合)在维持非平衡稳态和有限熵产生率方面所起的重要作用。我们还将这种形式主义的能量转移的范式问题,通过一个链的振荡器受到自洽的内部浴,可用于调整从弹道到扩散的运输。我们发现,在弹道和扩散机制下,熵产生具有不同的幂律行为,从而使我们能够量化什么是“扩散的熵成本”。"
2019-05-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Heat Transfer Operators Associated with Quantum Operations
应用于物理系统的任何量子操作都是作为更大的扩展系统上的幺正变换来执行的。如果所用的扩展是一个处于热平衡的热浴,则伴随的热浴状态的变化必然意味着与热浴的热交换,那么传递到热浴的平均热量对系统初始状态的依赖关系可以从一个厄米算符的期望值中找到,该算符被称为热传递算符(HTO)。本文的目的是研究HTO与相关量子操作之间的关系。由于系统上的任何给定量子操作都可以通过不同的浴和幺正来实现,因此每个量子操作都可能有许多不同的HTO。另一方面,由于变换的么正性,对HTO也有很强的限制。其中最重要的是朗道擦除原理。这篇文章关注的问题是找到一套完整的限制HTO与给定的量子操作。这个问题的答案只在量子操作的一个子集中找到。对于擦除操作,这些特征等价于广义Landauer擦除原理。然而,对于一般量子操作的情况下,似乎HTO服从进一步的限制,这不能从广义朗道擦除原理的熵限制获得。
2011-04-14 quant-ph
Observation of the Fermionic Joule-Thomson Effect
本研究在理想与幺正费米气体中观测到量子焦耳-汤姆逊效应,验证了标度不变系统下稀疏化过程与JT节流的热力学等效性,揭示了量子统计力与粒子间相互作用对JT加热的调控作用。
2023-05-25 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Quantum Circuits for the heat equation with physical boundary conditions via Schrodingerisation
针对带物理边界条件的热方程等 PDE 难以直接量子模拟的问题,本文基于 Schrödingerisation 提出 Duhamel-LCU 与增广两种量子电路实现,并分析其预言机查询复杂度。
2025-01-11 cs.NA math.NA quant-ph
Heat operator approach to quantum stochastic thermodynamics in the strong-coupling regime
Universidad de Murcia(穆尔西亚大学);Trinity College Dublin(都柏林三一学院);King’s College London(伦敦国王学院)
本文提出热算子方法,通过链映射热源与张量网络传播结合,解决开放量子系统与环境间热量统计问题,揭示非平衡条件下热噪声的Fano因子转变及热 rectification行为。
2025-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Controlling the uncontrollable: Quantum control of open system dynamics
利用量子相容的主方程证明了开放系统的量子控制。在这个框架中,由于驱动器对系统的修整,开放系统动力学依赖于控制协议。这种相互关系是控制的关键要素。外部驱动器的影响被纳入动力学方程,使间接控制的耗散。通过分析熵变状态到状态的转换,加热和冷却N能级系统的控制范式。接下来,我们研究了通过相干控制产生量子非幺正映射。这些包括完全记忆丧失的重置映射和耗散条件下的单量子比特幺正映射。
2022-09-15 physics.atom-ph quant-ph
The thermodynamic cost of driving quantum systems by their boundaries
热力学的热力学定律限制了热机的效率。这些定律的类似物现在已经建立起来,用于弱耦合和被动耦合到环境的量子引擎,为改进其性能提供了一个框架。那些与环境的交互受到主动控制的系统不属于这个框架。在这里,我们认为系统积极和本地耦合到环境中,发展与所谓的边界驱动的林德布拉德方程。从一个单一的描述系统加上环境,我们同时获得的林德布拉德方程和适当的表达式的热量,工作和熵生产的系统扩展的分析框架,和一些已经提出的,量子热机。我们说明了我们的研究结果在自旋1/2链,并解释了为什么XX链耦合在这种方式下,一个单一的热浴松弛到双稳态平衡,而XY链没有。此外,我们表明,一个XX链耦合到一个左,右热浴行为作为量子引擎,加热器或制冷机取决于参数,与卡诺效率的限制效率。
2015-10-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Efficient Variational Quantum Linear Solver for Structured Sparse Matrices
提出一种基于替代基和酉补全的高效VQLS方法,解决结构化稀疏矩阵求解中LCU项随矩阵规模二次增长的问题,使张量积项呈对数增长,并设计了高效量子电路。
2024-04-25 cs.NA math.NA quant-ph
Controlling the uncontrollable: Quantum control of open system dynamics
对开放量子系统的控制是实现现代量子科学技术的重要组成部分。我们证明这样的控制,采用一个philically一致的框架,考虑到驱动器可以修改与环境的交互。这种效应被纳入动力学方程,导致控制依赖耗散,这种关系作为开放系统控制的关键要素。控制过程的热力学反映为能量向环境的单向流动,导致大熵产生。通过分析熵变状态到状态的转换,如加热和冷却,显示控制范例。此外,在耗散条件下的量子门的产生证明了非幺正复位地图与完全的记忆损失和一个通用的单,双量子比特幺正门。
2022-05-12 quant-ph
Influence of measurements on the statistics of work performed on a quantum system
最近证明的涨落定理对测量的鲁棒性[M. Campisi \emph{et al.},物理学评论快报。\textbf{105} 140601(2010)]并不意味着非平衡量(如热和功)的概率分布不受影响。我们确定的影响,在运行力协议的特征功能的工作进行测量。结果表明,通过Landau-Zener(-Stückelberg-Majorana)模型。在连续测量的极限下,量子芝诺效应抑制了任何幺正动力学。它表明,工作的特征函数是相同的绝热协议时,连续测量的量与哈密顿量一致,在没有测量的情况下,管理系统的幺正动力学。
2011-01-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Finite-time quantum Otto engine with a squeezed thermal bath: Role of quantum coherence and squeezing in the performance and fluctuations
考虑一个有限时间量子Otto热机,它由两个等容(热接触)过程和两个幺正驱动冲程组成,在等容过程中,系统交替地耦合到一个热的压缩热库和一个冷的热库,在幺正驱动冲程中,系统与这两个热库隔离,系统的冯诺伊曼熵保持恒定.量子内摩擦和相干都是沿着驱动冲程产生的,并且在有限时间热等容线之后相干不能被完全擦除。使用全计数统计,我们提出的概率分布函数的热注入和总的工作,每个周期,这是依赖于沿每个过程的持续时间。在此基础上,我们导出了包含相干、压缩、内摩擦和有限时间热交换效应的二能级热机的总功、热效率、熵产生和功涨落等热力学量的解析表达式。然后,我们数值确定的热力学量和波动使用的参数在实验中实施。我们的结果澄清了相干和压缩的作用,在量子奥托引擎的性能和波动。
2022-05-26 quant-ph
Dynamical phase and quantum heat at fractional frequencies
本文展示了连续驱动下qubit发射功率随频率呈现分数频率共振峰的量子热现象,源于动力学相位积累,其位置与驱动形式等无关,对量子热机等器件性能至关重要,并提出通过测辐射热计检测。
2023-05-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Extracting work from random collisions: A model of a quantum heat engine
我们研究了随机碰撞驱动的单量子比特电池和单量子比特奥托引擎的各向异性和效率的统计分布。假设单个量子比特,即我们的工作流体,与两个库交换能量,一个非平衡“热”库和一个零温度冷库。量子比特和水库之间的相互作用描述的开放系统动力学的碰撞模型。量子位通过随机幺正碰撞与非平衡库(全部在相同的纯态中制备的量子位的大集合)相互作用,并通过部分交换与冷库(处于其基态的量子位的大集合)相互作用。由于与热库相互作用的随机性质,各向异性、热量和功的波动存在,随着热库中qudits的大小而缩小。虽然奥托发动机的平均“宏观”效率与热库是热库的情况相同,但效率的分布不支持有限矩,因此效率的平均值与宏观效率不一致。
2021-11-25 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum thermodynamics in adiabatic open systems and its trapped-ion experimental realization
量子热力学的目的是从量子力学的微观角度研究热力学热力学定律的产生和极限。在这种情况下,没有热交换的热力学过程,即绝热变换,可以通过封闭系统中的量子演化来实现,即使封闭系统的概念总是理想化和近似。在这里,我们首先从理论上讨论了开放量子系统中的热力学绝热过程,由于它与周围环境的相互作用,在退相干下非幺正地演化。从绝热非幺正演化的一般方法,我们建立了热量和工作的基本刘维超算子管理的量子动力学。因此,我们推导出绝热开放系统量子动力学在没有热交换的情况下所隐含的条件,提供了量子绝热性和热绝热性之间的联系。此外,我们确定家庭的散肩系统表现出相同的最大热交换,这意味着在类的热力学绝热开放系统。然后,我们接近的问题实验使用超精细能级量子位的镱$^{171}$ Yb $^+$捕获的离子,它提供了一个工作物质的热力学过程,允许在整个可控的工程动态的热量和内能的分析。
2020-08-26 quant-ph
On Identification of Heat and Work in Quantum Many-Body Systems with Local Operations and Classical Communication
Tohoku University(东北大学)
该研究针对量子热力学中热与功识别模糊的问题,基于局域操作与经典通信(LOCC)的优化条件,提出将量子能量隐形传态(QET)可提取的优化能量归为功、未优化的不可控能量归为热的方案,还推导了广义克劳修斯不等式并通过类Kitaev模型验证。
2026-08-04 cond-mat.stat-mech quant-ph