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开放量子系统动力学和平均力吉布斯态
系统动态收敛到热分布或吉布斯状态是所有物理科学的标准假设。吉布斯状态仅由系统的温度和能量决定。然而，在减小系统尺寸时，即对于纳米级和量子系统，与环境的相互作用不可忽略。那么问题就来了：系统的稳态仍然是吉布斯状态吗？如果不是，稳态如何依赖于相互作用的细节？在这里，我们概述了回答这些问题的最新进展。我们从两个一般途径扩展了最先进的技术：首先，我们采取静态的观点，这假设了所谓的平均力吉布斯状态。这种观点通常用于强耦合热力学领域，其中修正的热力学定律和非平衡涨落关系都是基于这种修正状态建立的。其次，我们采用动态观点，该观点源自开放量子系统领域，研究两种范式中的时间渐近稳定状态。我们描述了证明返回平衡的数学范式，即收敛到平均力吉布斯状态，然后讨论了许多微观物理方法，特别是主方程。最后，我们总结了静力学和平衡动力学之间已建立的联系，并提供了大量未解决的问题。这一全面概述将引起量子热力学、开放量子系统、介观物理学、统计物理学和量子光学等更广泛领域的研究人员的兴趣，并将在纳米尺度上的能量交换方面得到应用，从量子化学和生物学到磁学和纳米尺度热管理。
功-动能定理 | WE.L1.1
问题描述：下面的等式显示了系统外部平均力对系统所做的机械功的数学表示；因此，这里的“功”是指“外部功”。将等式中的每个术语与以下列表中的正确描述相匹配：（1）平均外力矢量；（2）平均外力矢量的大小；（3）位置矢量的变化；（4）位置矢量的变化量；（5）外力矢量与位置矢量变化之间的角度；（6）功
业余高尔夫球手如何为发球杆提供能量
高尔夫球手在球杆上所做的功是决定杆头速度的主要因素，它由四个因素组成：手部路径长度、手部路径上的平均力、球杆角距离以及在此距离上施加的平均力矩。主要目的是评估这些因素在产生杆头速度方面的相对重要性。使用发射监视器和光学系统记录了 76 名高尔夫球手的发球。使用回归来确定四个因素中每个因素的相对重要性。平均力占杆头速度变化的最大比例（r = 0.96）。还发现手部路径长度（r = 0.45）和平均高尔夫球手施加的力矩（r = 0.45）是预测杆头速度的有效指标，而角距离则不是（r = 0.14）。这些发现将适用于试图提高杆头速度的教练和高尔夫球手。
跨动态石墨烯孔的门控二氧化碳渗透
图3：CO 2和O 2跨动态O功能化孔的易位。CO 2和O 2的易位速率通过多孔石墨烯的温度函数（a）孔隙10，（b）孔-13和（c）孔-16。平均力（PMF）曲线的潜力（pore-10，（e）孔-13，（f）孔-16和O 2分子（g）孔-16）的co 2分子易位。多孔石墨烯位于z = 0，区域z> 0和z <0分别描绘了饲料和渗透的侧面。自由能屏障（∆A t），用于（H）CO 2至Pore-10，孔-13和孔-16和（J）CO 2和O 2至孔-16的易位。CO 2的易位速率是通过多孔石墨烯托管动态和刚性（J）孔隙10，（k）孔-13和（L）孔-16的易位。
多浴自旋玻色子模型中的增强纠缠
自旋玻色子模型通常考虑自旋与单个玻色子浴耦合。然而，一些物理情况需要自旋与多个环境耦合。例如，自旋与三维磁性材料中的声子相互作用。在这里，我们考虑自旋各向同性地耦合到三个独立的浴。我们表明，耦合到多个浴可以显著增加零温度下自旋与其环境之间的纠缠。其效果是降低自旋在平均力平衡态的期望值。相反，经典的三浴自旋平衡态完全独立于环境耦合。这些结果揭示了多浴耦合可能产生的纯量子效应，在磁性材料等广泛的环境中具有潜在的应用。
除了弱耦合之外，能量测量仍然保持温度测量最优
我们开发了一种探针-样品相互作用中有限耦合量子测温的一般微扰理论，最高可达二阶。根据假设，探针和样品处于热平衡状态，因此探针由平均力吉布斯态描述。我们证明，仅通过对探针进行局部能量测量，就可以实现最终的测温精度——耦合精度达到二阶。因此，在这种情况下，试图从相干性中提取温度信息或设计自适应方案不会带来任何实际优势。此外，我们为量子 Fisher 信息提供了一个闭式表达式，它捕捉了探针对温度变化的敏感性。最后，我们用两个简单的例子来衡量和说明我们公式的易用性。我们的形式化方法没有对动态时间尺度的分离或探针或样品的性质做出任何假设。因此，通过提供对热灵敏度和实现它的最佳测量的分析见解，我们的结果为在有限耦合效应不能忽略的装置中进行量子测温铺平了道路。
研究水对多尺度分子动力学模拟纤维素机械性能的影响
粗粒（CG）力场参数是使用真空中纤维素Iβ的原子分子动力学模拟得出的（0％的水分含量），并使用Gromacs软件[5]和CHARMM力场进行的水（95％水分含量）溶剂（95％的水分含量）[6]。72使用自下而上的粗粒方法将葡萄糖残基映射到一个CG位置：在存在水存在下，使用雨伞采样确定了100个纤维素表面之间的非键相互作用，以计算平均力的潜力（PMF）。势能被视为真空模拟中PMF的近似值，因为缺乏水减少了对自由能的熵贡献。使用Boltzmann倒置参数化键合的相互作用，以从与CG位点相对应的原子组之间的键长和角度的概率分布来计算PMF。使用LAMMPS软件进行了粗粒纳米纤维素组件的MD模拟[7]。进行了机械应力MD模拟，以确定具有强力场参数的CG纳米纤维素组件的拉伸模量，其水分含量为0％和95％。
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arXiv:2404.02965v1 [quant-ph] 2024 年 4 月 3 日
核物理和高能物理的一个关键目标是从标准模型出发描述物质的非平衡动力学，例如在早期宇宙和粒子对撞机中的非平衡动力学。通过格点规范理论框架的经典计算方法在这一任务中取得的成功有限。格点规范理论的量子模拟有望克服计算限制。由于局部约束（高斯定律），格点规范理论具有复杂的希尔伯特空间结构。这种结构使平衡和非平衡过程中与储层耦合的系统的热力学性质的定义变得复杂。我们展示了如何使用强耦合热力学来定义功和热等热力学量，强耦合热力学是最近在量子热力学领域蓬勃发展的框架。我们的定义适用于瞬时淬火，即在量子模拟器中进行的简单非平衡过程。为了说明我们的框架，我们计算了在与 1+1 维物质耦合的 Z 2 格子规范理论中淬火过程中交换的功和热。作为淬火参数的函数，热力学量证明了预期的相变。对于一般的热状态，我们推导出量子多体系统的纠缠哈密顿量（可用量子信息处理工具测量）与平均力哈密顿量（用于定义强耦合热力学量）之间的简单关系。
Div diels – Alder反应分子连接
摘要：我们在计算上研究了分子连接在单分子极限下探测化学反应性的效用。为此，我们采用了与量子传输模拟结合的分子动力学（MD）来研究经典的Diels- alder反应，但在纳米级连接处，在纳米级交界处，其中反应物是纳米构成的，并且反应对在机械上被机械带到附近。为了捕获反应性事件，MD采用密度功能紧密结合方法来解释原子间相互作用。为了了解这种新型化学环境中反应背后的热力学驱动力，我们重建了沿反应坐标的平均力的潜力，并将其分解为能量和熵的贡献。分析表明该过程是熵惩罚的，这使得反应屏障对温度和反应物刚性的变化敏感。模拟进一步表明，在纳米结中，可以通过控制电极的接近度来机械地操纵反应性程度。出乎意料的是，对于最佳电极分离，纳米配置反应中的熵和能量成本与散装中观察到的熵成本相吻合，在这两个巨大不同的反应性环境中进行的测量之间建立了明确的连接。最后，我们展示了如何使用电导测量来实验以单一实体极限监测过程。■简介