用最优控制优化弛豫路径

我们研究了非平衡稳态之间连接时间的最小化。作为本质非平衡系统的典型例子，考虑了一个受驱颗粒气体。对于时间无关驱动，从其经验——弛豫函数——和理论——最近导出的经典速度极限——两个角度刻画了其弛豫的自然时间尺度。利用控制理论，我们发现bang-bang协议——包含两步，以最大可能驱动值加热和以零驱动冷却——使连接时间最小。bang-bang时间短于经验弛豫时间和经典速度极限：在此意义上，弛豫的自然时间尺度被击败。源自Fisher信息的资讯论量也在这些最优协议上进行了分析。在颗粒气体动力学数值模拟中对bang-bang过程的实现显示出与理论预测的极好一致。此外，讨论了我们的结果对一类广泛受驱非平衡系统的普遍意义。具体而言，我们证明在相当一般的条件下，具有等于相关物理变量数目的bang数的类似bang-bang协议给出最小连接时间。