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玻尔兹曼熵与冯·诺依曼
我们提出了一种方案，利用数值“精确”分层运动方程 (HEOM) 中的准静态亥姆霍兹能量，评估在时间相关外力作用下与热浴耦合的系统的热力学变量。我们计算了不同温度下与非马尔可夫热浴强耦合的自旋系统产生的熵。我们表明，当外部扰动的变化足够缓慢时，系统总会达到热平衡。因此，我们基于 HEOM 计算了等温过程的玻尔兹曼熵和冯诺依曼熵，以及准静态平衡系统的各种热力学变量，例如内部能量、热量和功的变化。我们发现，尽管玻尔兹曼和冯诺依曼情况下的系统熵作为系统-浴耦合强度的函数的特征相似，但总熵产生的特征完全不同。在玻尔兹曼情况下，总熵产生总是正的，而在冯·诺依曼情况下，如果我们选择整个系统的热平衡状态（未分解的热平衡状态）作为初始状态，则总熵产生为负。这是因为冯·诺依曼情况下的总熵产生没有适当考虑系统-浴相互作用的熵贡献。因此，必须使用玻尔兹曼熵来研究完全量子状态下的熵产生。最后，我们检查了 Jarzynski 等式的适用性。
量子卡诺循环的数值“精确”模拟
我们基于开放量子动力学理论研究了量子卡诺发动机的效率。该模型包括用于控制等温和等熵过程的子系统以及控制这些过程之间转变的系统-浴 (SB) 相互作用的时间相关外部场。在不同循环频率下，使用这些场下的分层运动方程，在非微扰和非马尔可夫 SB 耦合机制下进行数值模拟。严格评估了应用于整个系统的功和与浴交换的热量。此外，通过将准静态功视为自由能，我们首次计算了量子热力学变量并使用热力学功图分析了模拟结果。对这些图的分析表明，在强 SB 耦合区域，SB 相互作用的场是主要功源，而在其他区域，子系统的场是功源。我们发现，在准静态情况下可实现最大效率，并且效率仅由浴温决定，与 SB 耦合强度无关，这是卡诺定理的数值表现。由 AIP Publishing 独家授权发布。https://doi.org/10.1063/5.0107305
![arXiv:2207.09272v1 [quant-ph] 2022 年 7 月 19 日](/simg/1\16313b8bb3429bb9f3c4a48c5512d6d454f255a5.webp)
arXiv:2207.09272v1 [quant-ph] 2022 年 7 月 19 日
热机通常通过与不同（正）温度的热浴交换热量来运行。然而，非热浴可能会显著提高性能。我们在这里通过实验分析了单原子量子奥托发动机的功率输出，该发动机是在单个铯原子的准自旋态与原子铷浴相互作用时实现的。通过测量准自旋态的时间分辨布居，我们确定了发动机有效自旋温度和量子涨落循环过程中的动态，并借助香农熵对其进行了量化。我们发现，在负温度范围内功率会增强，并且在最大熵的一半时达到最大值。从定量上讲，与在正温度下运行相比，在负有效温度下运行我们的发动机可将功率提高高达 30%，甚至在无限温度下也是如此。同时，进入负温度区可以将熵降低到接近零的值，从而在高功率输出下提供高度稳定的运行。此外，我们通过改变工作介质的能级数，以数值方式研究了希尔伯特空间的大小对量子引擎性能的影响。我们的工作为高功率和高效单原子量子引擎运行中的波动控制铺平了道路。
量子和信息热力学的简短故事
热力学是在 19 世纪发展起来的，它为机械科学和温度测量学提供了统一的框架。当时，其动机非常实用，即利用温度使物体运动 - 正如其名称所表明的那样。换句话说，目标是设计和优化热机，即利用某些“工作物质”的转化将热量转化为功的设备。功和热是交换能量的两种方式，根据热力学第一定律，可以将一种转换为另一种。然而，将热量转化为功就像将铅变成金子一样：它有严格的限制。最著名的是开尔文的“不行”陈述：不可能从单个热水浴中循环提取功。这个“不行”的陈述原来是热力学第二定律的表达之一，它涉及（不可）逆性。这就是物理学的一个最初应用领域如何产生熵和时间箭头等基本概念。事实上，功和热之间的第一个界限与它们交换的（不可）逆性质密切相关。功的概念来自机械科学，代表一种可以可逆交换的能量形式：原则上，没有与功交换相关的时间箭头——至少至少与保守力有关的力是不可逆的。相反，物体与热浴之间的热交换一般是不可逆的：热量会自发地从热物体流向冷物体。具体而言，如果物体与温度为 T h 的热浴循环交换一定量的热量 Q ，与温度为 T c 的冷浴循环交换一定量的热量 − Q ，则热传递的不可逆性质可用现象学公式 Q ( 1 / T c − 1 / T h ) ≥ 0 来描述，如果 T c = T h ，则等式成立。通过这一观察，我们可以将物体与温度为 T 的浴接触时的熵变定义为 ∆ S = Q rev / T ，其中 Q rev 是可逆交换的热量。更多
![arXiv:2012.02220v1 [cond-mat.stat-mech] 2020 年 12 月 3 日](/simg/a\a59db1b595f79a509221d49903d92266d2620a30.webp)
arXiv:2012.02220v1 [cond-mat.stat-mech] 2020 年 12 月 3 日
能量整流方面的先驱研究已经表明，在没有温度偏差的情况下，能量通量也可以产生[1–13]。这些原理可以用于构建纳米级能量整流器[6]。从理论角度来看，能量传输通常与声子有关，但与单个粒子相比，这些集体激发更难操控[6, 14]。先前的研究已经利用了非线性相互作用[4]、非热浴[2]、绝热调制的几何相[5]或量子弗洛凯系统[15]提供的机会。通过结合宇称破缺超材料和非平衡强迫，我们最近的研究[16]发现了新的整流原理，其表现为网络系统中站点之间的定向能量流。与之前许多侧重于两个终端之间传输的研究不同，这些终端直接连接 [4] 或通过不对称线段 [2–4] 连接，我们的设置将所有节点及其连接放在平等的地位 [11–13]，从而能够将整流研究扩展到具有复杂拓扑和几何形状的网络。基于我们最近的工作 [16]，我们在这里研究增加时间周期调制的影响。我们的模型系统是一类弹簧质量网络，其中每个质量都受到时间调制的洛伦兹力 [17, 18] 并浸入活性浴中 [19]。通过数值计算，我们表明时间调制系统能够整流节点和浴之间的能量通量。换句话说，尽管没有温度偏差，我们的模型也可以充当多体能量泵。相比之下，我们之前的未调制系统 [16] 支持站点之间的净能量传输，但不支持站点和浴之间的净能量传输。因此，调制扩展了操纵复杂网络中能量传输的工具箱。我们通过开发一个分析框架来获取数值结果，以了解时间周期调制下复杂网络中的能量整流。
基于自我监督学习的通用实验室进度预估计的心血管事件检测模型
纠缠是量子物理学的基本特征，也是量子通信，计算和传感的关键资源。纠缠状态是脆弱的，保持连贯性是量子信息处理中的核心挑战。然而，可以通过耗散过程产生和稳定纠缠。实际上，纠缠已显示在某些相互作用的量子系统的稳态状态中存在，仅受到与热浴的不连贯耦合。使用有限维度的系统在一系列双分部分设置中已证明了这一点。在这里，我们着重于无限维玻色粒系统的稳态状态。具体而言，我们考虑了任何持续强度的激发量相互作用的任何骨气模式，并在不同温度下每对夫妇在不同温度下弱到热浴的各方之间进行了划分。我们表明，独特的稳态总是可以分离的。
通过开放量子系统中的信息传播进行后热化
与宏观环境耦合的开放系统中的热化通常从系统还原状态到平衡状态的松弛角度进行分析。较少强调浴状态的变化。然而，如前文对某些特定模型所示，在热化过程中，环境可能会经历非平凡的动力学，其冯·诺依曼熵的变化表明，时间尺度甚至比系统的松弛时间还要长；这种行为称为后热化。我们通过模拟各种系统及其环境的完整动态来更详细地分析这种现象。具体而言，后热化被定性地解释为系统与浴之间最初建立的相关性重新转换为环境中自由度之间的相关性的结果。我们还介绍了一些示例系统，其中由于非马尔可夫动力学或存在相互作用，这种重新转换受到抑制。
区分量子和经典马尔可夫...
了解开放量子系统中的耗散是否真正是量子的，是一个既有基础意义又有实际意义的问题。我们考虑 n 个量子比特受到相关马尔可夫相位失调的影响，并提出一个充分条件，说明何时由浴引起的耗散可以产生系统纠缠，因此必须被视为量子的。令人惊讶的是，我们发现时间反演对称性 (TRS) 的存在与否起着至关重要的作用：耗散纠缠的产生需要破坏的 TRS。此外，仅仅具有非零浴敏感性不足以使耗散成为量子。我们的工作还提出了一种明确的实验协议来识别真正的量子相位失调耗散，并为研究更复杂的耗散系统和寻找最佳的噪声缓解策略奠定了基础。
控制冷原子量子杂质系统中的相互作用
摘要 我们实施了一种实验架构，其中单个 K 原子被困在光镊中，并浸入超低温的 Rb 原子槽中。在这种情况下，单个被捕获原子的运动被限制在最低量子振动能级。这实现了一个基本的、完全可控的量子杂质系统。对于 K 原子的捕获，我们使用物种选择性偶极势，这使我们能够独立操纵量子杂质和原子槽。我们专注于表征和控制两个子系统之间的相互作用。为此，我们进行了 Feshbach 光谱学，检测到几个跨维度限制引起的 Feshbach 共振，用于 KRb 物种间散射长度，这可以参数化相互作用的强度。我们将我们的数据与跨维度散射理论进行了比较，发现它们非常吻合。值得注意的是，我们还检测到了一系列源自底层自由空间 s 波相互作用的 p 波共振。我们进一步确定了当浴温以及相互作用的维数发生变化时，共振会如何表现。此外，我们能够通过精细调整产生光镊的光的波长来筛选浴中的量子杂质，这为我们提供了一种控制和最小化相互作用的新有效工具。我们的研究结果为量子杂质模型、量子信息和量子热力学的量子模拟开辟了一系列新的可能性，其中量化系统与浴之间的相互作用是一种强大但尚未得到充分利用的资源。
指令nrl ro praha-úkzúz
用于确定质量DNA，使用0.8％的凝胶，并使用2％琼脂敏凝胶用于放大片段的夜间。Erlenm e yer的烧瓶被称重给定数量的粉末状琼脂症（2），精度为0.1 g，并添加了1×TAE缓冲液的工作溶液（请参阅5.1.3）。粉末琼脂症（2）和1×TAE缓冲液的量取决于浇注浴的大小。在电磁混合物（15-200）分钟上以（150-200）°C煮熟，直到溶液完全敲击，即使在圆形混合物后，气泡也会消失。还准备浇注浴和合适的梳子。在凝胶中添加轻微冷却后，用于使DNA可见（例如Ethidiumbromide工作解决方案，请参见5。1.4），混合1分钟。插图染料的体积取决于制备的凝胶的体积（对于乙啶溴化物，其最终浓度约为0.013％）。然后去除混合器，然后用梳子将琼脂氧化倒入浴缸中。在实验室温度下冷却约15分钟。为了完美的凝固，将凝胶放在冰箱中30分钟。可以用梳子小心地除去，并将凝胶从浇注浴缸中将凝胶传递到电泳浴中，并使用Tae Pufru的工作解决方案。可以将2个梳子放入浇注浴缸中，以便在切割后获得两个较小的凝胶。5.3琼脂症凝胶中的电泳