最小耗散驱动势垒穿越的热力学几何

我们探索了一个简单系统的热力学几何，该系统模拟了单分子力延伸实验中核酸发夹的双稳态动力学。在平衡态附近，最优（最小耗散）驱动协议由广义线性响应摩擦系数支配。我们的分析和模拟表明，驱动协议的摩擦系数在亚稳态区域之间的界面处急剧峰值化，这导致最小耗散协议在亚稳态势阱内快速驱动，但在界面处停留时间最长，从而给予热涨落最大的时间将系统推过势垒。直观地，同样的原理普遍适用于自由能估计（无论是在牵引分子动力学模拟中还是在单分子实验中），为构建随机对象之间热力学高效耦合提供了设计原则，并对进化生物分子马达的构建做出了预测。