The second law of thermodynamics in the quantum Brownian oscillator at an arbitrary temperature
在经典极限中，在相同温度下，将系统耦合到具有足够弱耦合强度（或对于线性系统具有任意有限耦合强度）的浴中不需要功。在量子域中，由于系统浴纠缠，这可能会发生变化。在这里，我们分析表明，需要耦合一个单一的线性振荡器与有限的强度，以浴不能小于工作时，它从浴振荡器获得的。因此，量子第二定律适用于任意温度。这是以前的结果为零温度[1，2]的推广;在高温极限，我们恢复的经典行为。
2007-12-04 quant-ph
''Averaged'' statistical thermodynamics, energy equipartition and the third law
参数提出的假设，隐含传统的统计热力学，即在零温度下，所有不稳定的运动停止，应免除。相反，假设一个随机的超相对论不可观测的运动，类似zitterbewegung，它表明，在一个理想气体的经典粒子的能量均分失败的方式，符合热力学第三定律。
1997-07-03 quant-ph
Thermodynamics and optimal protocols of multidimensional quadratic Brownian systems
我们刻画了多维二次过阻尼系统的有限时间热力学过程。解析表达式提供的热量，工作，和耗散的系统协方差矩阵的任何演变。协方差矩阵之间的Bures-Wasserstein度量自然地作为耗散的局部量词出现。如何应用这些几何工具，以确定最佳的协议的一般原则进行了讨论。专注于相关的慢驾驶限制，我们展示了如何这些结果可以用来分析的情况下，实验控制系统是部分的。
2022-03-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
What role does the third law of thermodynamics play in Szilard engines?
热力学第三定律在Szilard发动机中的作用已得到解决。如果基态是非简并的，则定义为从发动机提取的功除以温度的熵产生由于第三定律而随着温度接近零而消失。由对称性或偶然性引起的简并基态在零温下产生非零熵产生，并伴随有剩余熵。各种物理情况下，如SZE玻色子或费米子组成的相互作用或没有已被调查。
2011-12-14 quant-ph
Jarzynski equality and the second law of thermodynamics beyond the weak-coupling limit: The quantum Brownian oscillator
本文考虑了一个耦合到任意强度的水浴中的含时量子线性振子。然后，我们引入了广义Jarzynski等式（GJE），其中包括反映系统浴耦合的条款。这使我们能够系统地研究非平衡过程中耦合效应对线性振子的影响。这也与超出弱耦合极限的热力学第二定律有关。接下来我们考虑经典极限中的GJE。通过这种推广，我们表明，Jarzynski等式在其原始形式可以与第二定律，在量子和经典域，只有在消失的小耦合制度。
2014-02-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic work associated to quantum Brownian motion in an external field
研究了浸没在欧姆量子热浴中的布朗粒子对外场的响应。场只影响中心粒子的动力学，而不影响热库。要分析的热力学函数是仅由外力引起的平均功。由于能量是协议的非局部函数，利用标准的变分原理对其进行了推导，发现能量达到最小值对最优协议有一定的限制.这是通过将变分原理应用于非局部功泛函而得到的，它也是一个极小值，并且仅取决于周围流体的摩擦系数。
2019-11-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
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
A quantum dynamical framework for Brownian heat engines
我们提出了一个自包含的形式主义后，描述微观布朗热机，如卡诺，斯特林和奥托发动机的性能的量子谐振子的布朗运动建模。我们的理论，除了再现标准的热力学结果在稳定状态下，使我们能够研究的作用耗散在确定布朗热机的效率在实际的实验室条件下发挥。特别是，我们详细分析了与解耦系统的平衡与一个浴和重新耦合到另一个浴，并获得精确的分析结果，这被证明有显着的影响，涉及这样一个步骤的发动机的效率。我们还开发了一个简单而强大的技术计算修正所产生的有限的操作时间的稳态结果，并使用它来达到各种操作条件下的热力学互补关系，并计算效率的三个引擎在最大功率上述。这里提出的一些方法和技术以及精确可解的模型本身就很有趣，而且在我们看来，在其他情况下也会找到有用的应用。
2013-03-06 quant-ph
Principle of Unattainability of Absolute Zero Temperature, the Third Law of Thermodynamics, and Projective Quantum Measurements
不可达性原理排除了通过任何有限的物理手段来达到绝对零度的可能性，无论它们是多么理想化。尽管如此，我们澄清，热力学第三定律，所定义的能斯特的热定理声明，是不同于原则的不可达性在这个意义上，第三定律是数学等价的，只有绝对零度温度的不可达性{ \em准静态绝热}过程。一方面，这使得在不违反第三定律的情况下，通过非绝热方法达到绝对零度的可能性成为可能。另一方面，我们指出了量子力学中的射影测量公设与能量的射影测量可能导致零温度的不可达性原理之间的某些明显的不相容性。
2019-08-17 quant-ph
Non-equilibrium dynamics in the quantum Brownian oscillator and the second law of thermodynamics
我们首先制备了一个在任意温度下弱耦合到处于平衡态的水浴的量子线性振荡器。我们通过改变耦合振子的哈密顿参数，即它的弹性常数或质量，按照任意的但预先确定的协议来干扰这个系统，从而对它进行外功，然后我们导出了耦合振子沿这个非平衡过程的约化密度算符的封闭表达式以及与相应的准静态过程有关的精确表达式.这立即使我们能够分析地讨论非平衡过程的热力学第二定律。然后我们导出了一个克劳修斯不等式，并得到了它支持第二定律的有效性，作为[1]中引入的对准静态对应物有效的克劳修斯不等式的一致推广。
2011-10-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum measurements constrained by the third law of thermodynamics
在量子体系中，热力学第三定律意味着纯态的不可达性。如最近所示，这种不可达性意味着被测系统和测量仪器之间的单一相互作用永远不能实现理想的投影测量。在本文中，我们介绍了第三定律的操作制定的最一般的类的物理变换，违反这是必要的和充分的准备纯态。随后，我们调查这样的法律约束测量一般的可观的，或积极的运营商价值的措施。我们确定了几个理想的属性的测量，同时享有理想的投影测量-因此都排除了第三定律在这种情况下-并确定第三定律是否允许这些属性获得一般测量的一般可观的，如果是这样，在什么条件下。结果表明，虽然第三定律排除了这些属性的所有观测值，其他人可能会享受的观测值是足够的“不尖锐”。
2023-02-08 quant-ph
Anomalous diffusion in quantum Brownian motion with colored noise
本文讨论了带色噪声的量子布朗运动中的反常扩散。它表明，早期的结果遵循简单，直接从波动耗散定理。反常扩散的长时间依赖性的限制示出的热力学第二定律的后果。详细讨论了电子与辐射场相互作用的特殊情况。我们将我们的结果应用到波包扩展。
2006-03-26 quant-ph
Third law of thermodynamics and the scaling of quantum computers
热力学第三定律，也被称为能斯特不可达性原理，对一个系统，无论是经典的还是量子的，可以冷却到接近绝对零度的温度提出了一个基本的限制。另一方面，量子计算的基本假设是从在纯态中初始化的量子位的寄存器开始每次计算，即，在零温度下。这些相互冲突的方面，在量子计算和热力学之间的接口，往往被忽视，或充其量，只在单量子比特水平上解决。在这项工作中，我们讨论了如何存在一个小的，但有限的，有效的温度，这使得初始状态的混合状态，构成了一个真正的挑战，量子计算机的缩放所需的保真度约束。我们的理论结果，进行了一个通用的量子线路与$N$ -量子位输入状态，验证了在一个真正的量子处理器上进行的测试运行。
2022-10-03 quant-ph
Impact of non-Markovian quantum Brownian motion on quantum batteries
该研究提出基于量子布朗运动的量子电池模型，分析浴温、系统-环境耦合对电池充放电的影响，揭示非马尔可夫演化与充电过程的关联，为量子电池性能优化提供理论依据。
2024-01-29 quant-ph
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
Quantum Horn's lemma, finite heat baths, and the third law of thermodynamics
量子系统与其环境的相互作用在微观热力学的资源论方法中起着至关重要的作用。在这里，我们分析了可能的状态转换中存在的“小”热浴有界的尺寸和能量。我们表明，对于具有完全简并哈密顿量的量子系统（噪声操作）的操作，所有可能的状态转换都可以精确地用与系统大小相同或更小的浴来实现，这证明了Bengtsson和Zyczkowski提出的Horn引理的量子版本。另一方面，如果系统的哈密顿量是不完全退化（热操作），我们表明，一些可能的过渡只能与一个热浴，是无界的大小和能量，这是热力学第三定律的一个实例。在这两种情况下，我们证明了量子操作产生的优势超过经典的任何给定的有限热浴，通过允许一个更大的和更现实的一组状态转换。
2018-02-10 quant-ph
Fractional Entropy Decaying and the Third Law of Thermodynamics
研究了分数阶阻尼系统的量子热力学性质。揭示了一个分数幂律衰减熵函数，为热力学第三定律在量子耗散区的有效性提供了又一证据。揭示了熵随温度趋于绝对零度而从非线性发散函数变为分数阶半线性衰减函数等非平凡性质。
2013-12-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Unification of Stochastic and Quantum Thermodynamics in Scalar Field Theory via a Model with Brownian Thermostat
Frankfurt Institute for Advanced Studies（法兰克福高等研究所）
本文通过构建具有布朗热浴的模型，统一了随机热力学与量子热力学在标量场论中的应用，定义了热量、功和熵，并探讨了第二定律与相对熵的关系。
2025-07-28 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Statistical thermodynamics of quantum Brownian motion: Birth of perpetuum mobile of the second kind
在简谐约束势中耦合到简谐量子热浴中的量子粒子的布朗运动是精确可解的。结果表明，在足够低的温度下，由于与浴的纠缠，定态是非吉布斯的。在物理学上，当粒子周围的浴模式云开始发挥重要作用时，就会发生这种情况。事实上，整个系统的平衡热力学，颗粒加浴，并不意味着在低$T$的颗粒本身的标准平衡热力学。第二定律的各种公式在低$T$时被发现是无效的。首先，克劳修斯不等式可以被违反，因为热量可以从浴模式云的零点能量中提取。第二，当限制势的宽度突然改变时，会出现一个弛豫过程，在此过程中熵产生部分为负。第三，对于系统参数的非绝热变化，能量耗散的速率可以是负的，并且，在平衡之外，从浴中提取功的循环过程是可能的。提出了具有一个或多个做功循环的第二类永动机进入凝聚态物理领域的条件。第四，第二定律的不同表述（例如克劳修斯和汤姆森的表述）之间的等价性在低温下可以被破坏。这些效应是量子纠缠的结果，在存在的轻微偏离平衡性质的热浴，并成为重要的特征量子时间尺度$\hbar/k_BT$是大于或相当于其他时间尺度的系统。它们表明标准热力学和量子力学之间没有普遍的共识。
2001-11-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Statistical physics of flux-carrying Brownian particles
陈-西蒙斯规范场理论为深入理解二维凝聚态中的许多新现象提供了一个自然的框架。在阿贝尔拓扑规范作用量和线性布朗运动动力学同等条件下，研究了（二维）耗散谐振子的非平衡热力学性质.我们发现该粒子在量子域中表现出显著的类磁特征，这超出了著名的朗道抗磁性：这可以被视为电荷和类磁通量的复合激发的非相对论布朗对应物。有趣的是，在足够高的温度下，这种带通量的布朗粒子的性质与经典的统计力学符合得很好，并且在所研究的耗散情形下与热力学第三定律也基本一致.我们的研究结果还表明，它的基态可能远非平凡，即它伪造了一个看似简并的状态。
2019-10-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Does the Third Law of Thermodynamics hold in the Quantum Regime?
这是约翰·T. Lewis，G. W. Ford和本文作者考虑了量子粒子与线性被动热浴的最一般耦合问题，在此过程中，他们导出了在温度T下处于热平衡的耦合到热浴的振子的自由能的精确公式。这个公式，以及后来将它扩展到三维空间以纳入磁场，在分析量子热力学问题时被证明是非常宝贵的。在这里，我们解决的问题提出了我们的标题，即能斯特的热力学第三定律。
2006-09-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Noise perturbations in the Brownian motion and quantum dynamics
平均速度场的牛顿第三定律被用来产生反常的（增强的）或非色散的扩散型过程，特别是，可以被解释为薛定谔图像量子动力学的概率对应物。
1999-04-23 chao-dyn cond-mat nlin.CD
Nonlinear theory of quantum Brownian motion
基于量子增强的非线性薛定谔方程，建立了经典环境中量子布朗运动的非线性理论。后者通过Madelung变换转化为非线性量子Smoluchowski方程，该方程被证明重现了量子和经典物理的关键结果。将该理论应用于自由量子布朗粒子，得到了位置色散对时间的非线性依赖关系，是爱因斯坦布朗运动定律的量子推广。结果表明，从量子扩散到经典扩散的退相干时间正比于热德布罗意波长的平方除以爱因斯坦扩散常数。
2011-04-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Third Law of Thermodynamics as a Single Inequality
热力学第三定律以不可达性原理的形式指出，精确的基态冷却需要无限的资源。在这里，我们调查的非平衡资源的数量需要近似冷却。我们把任何一个不平衡的系统都看作是资源，考虑到超过独立同分布的资源。假设并将工作输入作为特定情况。我们建立在充分的一般性冷却的充分和必要条件，并表明，对于一个庞大的类的非平衡资源，这两个条件相吻合，提供了一个单一的必要和充分的标准。这样的条件表示为一个单一的功能，发挥类似的作用，为第三定律的自由能的第二定律。从技术的角度来看，我们提供了一些新的结果，一些Renyi分歧，这可能是独立的利益的凸/凸。
2017-11-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum thermodynamics from the nonequilibrium dynamics of open systems: energy, heat capacity and the third law
我们从开放量子系统的角度出发，从它们的非平衡动力学出发，研究了量子多体系统的物理量、物理量之间的关系和热力学热力学定律得到明确定义和适用的条件。我们首先描述了如何开放系统非平衡动力学（ONEq）的方法是不同的封闭的组合系统+环境中的全局热状态（CGTs）设置。只有当开放系统达到平衡后，它才能服从传统的热力学描述，因此量子热力学（QTD）是在最后出现的，而不是在开始时假设的。我们看到，开放系统方法具有处理非平衡过程的优势，因为在不久的将来，许多实验将要求这样做。因为它阐明了QTD存在的条件，它也可以帮助我们以系统的方式从第一原理解决量子热力学的基本问题。然后，我们研究了一类开放量子系统，其中完全的非平衡动力学可以精确求解，即$N$强耦合谐振子的量子布朗运动，与标量场环境强烈相互作用。这里我们着重讨论内能、热容和第三定律。我们显示了这类物理模型，除其他发现外，广泛的属性的内能，积极的热容量和有效性的第三定律的角度来看的行为的热容量向零温度。从精确解和定量分析中得到的这些结论清楚地反驳了在这样的系统中负比热的说法，并消除了在这样的系统中热力学第三定律的有效性依赖于量子纠缠的指控。
2018-01-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Time-cost-error trade-off relation in thermodynamics: The third law and beyond
针对随机和量子热力学中资源与误差约束的不明确问题，本文引入分离态概念建立统一框架，揭示时间-成本-误差三方权衡关系，量化第三定律不可达性原理并扩展至量子领域。
2025-10-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Analysis and Thermodynamic Operator Relations in Stochastic Energetics
利用量子分析中提出的算符微分，我们引入了一个量子布朗运动耦合到经典净浴的模型。然后，我们定义的热运营商通过适应的想法的随机能量。引入的算子满足类似于热力学第一和第二热力学定律的关系。
2017-09-15 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
From Maximal Entropy Random Walk to quantum thermodynamics
令人惊讶的是，导致布朗运动的看似自然的随机游走往往以一种非常微妙的方式发生偏差：通常指的是仅仅近似地满足不确定性最大化等数学原理。最近，一种新的随机建模方法被引入，它在数学上类似于欧几里德路径积分，最终精确地实现了这些原则。它们的局部行为通常相似，但可能导致完全不同的全局性质。与布朗运动导致几乎均匀的稳态密度相反，这种最近的方法证明与具有强局域化性质的量子力学的物理预测一致，如热化到具有量子基态的概率密度的动态平衡态：离散情况下单粒子玻色-哈伯德哈密顿量最低能量本征向量坐标的平方，或标准薛定谔算子的一种特殊形式。它还提供了与概率相关的振幅平方的自然直觉。本文收集，形式化和推广这些结果。本文还介绍和讨论了一些新的推广，如考虑多粒子与泡利不相容原理的物理类似或与时间相关的情况，从而允许引入动量算符、Escherfest方程和Heisenberg不确定原理的物理类似。
2012-04-02 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Third Newton Law in the Mean and Perturbations of Noise
在Smoluchowski近似下分析了粒子系综的等温布朗运动。与标准程序相反，与局部诱导热流相关的环境反冲效应并未完全忽略。研究这种弱平衡系统的主要技术工具是对Hamilton-Jacobi方程的后续利用。第三牛顿定律的意思是用来产生扩散型的过程，这是异常的（增强），或一般非色散。
1998-09-23 chao-dyn hep-th nlin.CD
