通过主动浴工程控制非平衡态之间的转变
Controlling transitions between nonequilibrium states through active bath engineering
- University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学）
- Institut de Sciences et d’Ingénierie Supramoléculaires, University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学超分子科学与工程研究所）
- Laboratoire de Physique de l’ENS de Lyon, CNRS, ENS de Lyon（里昂高等师范学院物理实验室，法国国家科学研究中心）
- Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg（斯特拉斯堡材料物理与化学研究所）
- City University of Hong Kong（香港城市大学）
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AI总结：
该研究以噪声色为控制参数开发协议，通过实验实现主动非平衡稳态间的快速转变，同时揭示了有限时间转变的速度极限及优化方向。
AI中文摘要：
我们开发了一系列控制协议，用于在有限时间内实现主动非平衡稳态之间的转变，其中仅以噪声色（相关率）作为控制参数。通过对主动奥恩斯坦-乌伦贝克过程的二阶矩动力学进行逆向工程，我们确定了实现系统状态规定演化所需的时间依赖相关率。我们利用耦合到工程主动浴的微米级光阱粒子，在实验中实现了这些协议，在保持束缚势、噪声振幅和温度固定的情况下，展示了比自然弛豫快得多的转变。我们的方法通过直接控制主动环境的时间相关性，将工程快速平衡方法扩展到远离平衡的稳态。我们还表明，物理约束对有限时间转变施加了速度极限，而选择规定系统演化的自由度可用于消除控制不连续性、最小化允许的转变时间或优化热力学成本。
英文摘要：
We develop a family of control protocols for finite-time transitions between active nonequilibrium steady states using the noise-color (correlation rate) as the sole control parameter. By reverse-engineering the second moment dynamics of an active Ornstein-Uhlenbeck process, we determine the time-dependent correlation rate required to realize a prescribed evolution of the system's state. We experimentally implement these protocols with a micrometer-sized optically trapped particle coupled to an engineered active bath, demonstrating transitions substantially faster than the natural relaxation while keeping the confining potential, noise amplitude, and temperature fixed. Our approach extends engineered swift-equilibration methods to far-from-equilibrium steady states by directly controlling the temporal correlations of an active environment. We show how physical constraints impose a speed limit on finite-time transitions, while the freedom in choosing the prescribed system evolution can be exploited to eliminate control discontinuities, minimize the admissible transition time, or optimize a thermodynamic cost.
