Εξαγωγή εργοτροπίας: ελεύθερη δέσμευση ενέργειας και εφαρμογή σε κινητήρες ανοιχτού κύκλου PlatoBlockchain Data Intelligence. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

Εξαγωγή εργοτροπίας: δεσμευμένη ελεύθερη ενέργεια και εφαρμογή σε κινητήρες ανοιχτού κύκλου

Tanmoy Biswas1, Marcin Łobejko1, Paweł Mazurek1, Konrad Jałowiecki2και ο Michał Horodecki1

1Διεθνές Κέντρο Θεωρίας Κβαντικών Τεχνολογιών, Πανεπιστήμιο του Γκντανσκ, Wita Stwosza 63, 80-308 Γκντανσκ, Πολωνία
2Ινστιτούτο Θεωρητικής και Εφαρμοσμένης Πληροφορικής, Πολωνική Ακαδημία Επιστημών, Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Πολωνία

Βρείτε αυτό το άρθρο ενδιαφέρουσα ή θέλετε να συζητήσετε; Scite ή αφήστε ένα σχόλιο για το SciRate.

Περίληψη

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής χρησιμοποιεί την αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια των μακροσκοπικών συστημάτων για να θέσει ένα όριο στην εκτελούμενη εργασία. Η εργοτροπία παίζει παρόμοιο ρόλο σε μικροσκοπικά σενάρια και ορίζεται ως η μέγιστη ποσότητα ενέργειας που μπορεί να εξαχθεί από ένα σύστημα με μια ενιαία λειτουργία. Σε αυτή την ανάλυση, ποσοτικοποιούμε πόση εργοτροπία μπορεί να προκληθεί σε ένα σύστημα ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης του συστήματος με ένα ιαματικό λουτρό, με προοπτική τη χρήση του ως πηγή εργασίας που εκτελείται από μικροσκοπικές μηχανές. Παρέχουμε το βασικό όριο για την ποσότητα της εργοτροπίας που μπορεί να εξαχθεί από το περιβάλλον με αυτόν τον τρόπο. Το όριο εκφράζεται ως προς τη διαφορά ελεύθερης ενέργειας μη ισορροπίας και μπορεί να κορεσθεί στο όριο της άπειρης διάστασης του Hamiltonian του συστήματος. Η διαδικασία εξαγωγής εργοτροπίας που οδηγεί σε αυτόν τον κορεσμό αναλύεται αριθμητικά για συστήματα πεπερασμένων διαστάσεων. Επιπλέον, εφαρμόζουμε την ιδέα της εξαγωγής της εργοτροπίας από το περιβάλλον σε ένα σχεδιασμό μιας νέας κατηγορίας θερμικών μηχανών, τις οποίες ονομάζουμε κινητήρες ανοιχτού κύκλου. Η απόδοση και η παραγωγή εργασίας αυτών των μηχανών μπορεί να βελτιστοποιηθεί πλήρως για συστήματα διαστάσεων 2 και 3, ενώ παρέχεται αριθμητική ανάλυση για μεγαλύτερες διαστάσεις.

► Δεδομένα BibTeX

► Αναφορές

[1] Åberg J. Πραγματικά λειτουργική εξαγωγή εργασίας μέσω ανάλυσης μεμονωμένης λήψης. Επικοινωνίες για τη φύση. 2013 Jun;4(1):1925. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1038/​ncomms2712.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms2712

[2] Seifert U. Πρώτος και Δεύτερος Νόμος Θερμοδυναμικής σε Ισχυρή Ζεύξη. Phys Rev Lett. Ιαν. 2016; 116:020601. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.116.020601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.020601

[3] Strasberg P, Esposito M. Ρυθμοί παραγωγής μη μαρκοβιανότητας και αρνητικής εντροπίας. Phys Rev E. 2019 Jan;99:012120. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevE.99.012120.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.99.012120

[4] Brandão F, Horodecki M, Ng N, Oppenheim J, Wehner S. The second laws of quantum thermodynamics. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών. 2015; 112 (11): 3275-9. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1073/​pnas.1411728112.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112

[5] Skrzypczyk P, Short AJ, Popescu S. Εξαγωγή εργασίας και θερμοδυναμική για μεμονωμένα κβαντικά συστήματα. Επικοινωνίες για τη φύση. 2014; 5 (1): 4185. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1038/​ncomms5185.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5185

[6] Biswas T, Junior AdO, Horodecki M, Korzekwa K. Σχέσεις διακύμανσης-διασποράς για διεργασίες θερμοδυναμικής απόσταξης. Phys Rev E. 2022 Μάιος· 105:054127. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevE.105.054127.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.105.054127

[7] Jarzynski C. Ισότητα μη ισορροπίας για διαφορές ελεύθερης ενέργειας. Phys Rev Lett. 1997 Απρ. 78:2690-3. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.78.2690.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.2690

[8] Esposito M, Harbola U, Mukamel S. Διακυμάνσεις μη ισορροπίας, θεωρήματα διακυμάνσεων και στατιστικές μέτρησης σε κβαντικά συστήματα. Rev Mod Phys. 2009 Dec;81:1665-702. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.81.1665.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1665

[9] Campisi M, Hänggi P, Talkner P. Colloquium: Κβαντικές σχέσεις διακύμανσης: Θεμέλια και εφαρμογές. Rev Mod Phys. 2011 Jul; 83:771-91. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.83.771.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.83.771

[10] Alhambra AM, Masanes L, Oppenheim J, Perry C. Fluctuating Work: From Quantum Thermodynamical Identities to a Second Law Equality. Phys Rev X. 2016 Οκτ;6:041017. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevX.6.041017.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.041017

[11] Allahverdyan AE, Balian R, Nieuwenhuizen TM. Μέγιστη εξαγωγή εργασιών από πεπερασμένα κβαντικά συστήματα. Επιστολές Ευρωφυσικής (EPL). 2004 Αυγούστου; 67 (4): 565-71. Διαθέσιμο από:.
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2004-10101-2

[12] Ruch E, Mead A. Η αρχή του αυξανόμενου χαρακτήρα μίξης και μερικές από τις συνέπειές της. Theoretica chimica acta. 1976 Απρ; 41:042110. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1007/​BF01178071.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01178071

[13] Alicki R, Fannes M. Ενίσχυση εμπλοκής για εξαγώγιμη εργασία από σύνολα κβαντικών μπαταριών. Physical Review E. 2013 Apr;87(4). Διαθέσιμο από τη διεύθυνση: http://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevE.87.042123.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.87.042123

[14] Binder FC, Vinjanampathy S, Modi K, Goold J. Quantacell: ισχυρή φόρτιση κβαντικών μπαταριών. New Journal of Physics. 2015 Ιουλίου; 17 (7): 075015. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​7/​075015.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​7/​075015

[15] Campaioli F, Pollock FA, Binder FC, Céleri L, Goold J, Vinjanampathy S, et al. Βελτίωση της ισχύος φόρτισης των κβαντικών μπαταριών. Phys Rev Lett. 2017 Απρ; 118:150601. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.118.150601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.150601

[16] Monsel J, Fellous-Asiani M, Huard B, Auffèves A. The Energetic Cost of Work Extraction. Phys Rev Lett. Μάρτιος 2020, 124:130601. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.124.130601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.130601

[17] Hovhannisyan KV, Barra F, Imparato A. Φόρτιση υποβοηθούμενη από θερμοποίηση. Phys Rev Research. 2020 Σεπ; 2:033413. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.2.033413.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033413

[18] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Δομή παθητικών καταστάσεων και η επίπτωση της στη φόρτιση κβαντικών μπαταριών. Phys Rev E. 2020 Aug;102:022106. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevE.102.022106.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.102.022106

[19] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Bound on ergotropic gap for bipartite separable states. Phys Rev A. 2019 Μάιος· 99:052320. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.99.052320.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052320

[20] Puliyil S, Banik M, Alimuddin M. Thermodynamic Signatures of Genuinely Multipartite Entanglement. Phys Rev Lett. 2022 Αυγ; 129:070601. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.129.070601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.070601

[21] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Ανεξαρτησία της εργασίας και της εντροπίας για ίσα ενεργειακά πεπερασμένα κβαντικά συστήματα: Ενέργεια παθητικής κατάστασης ως ποσοτικοποιητής εμπλοκής. Phys Rev E. 2020 Jul;102:012145. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevE.102.012145.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.102.012145

[22] Francica G, Binder FC, Guarnieri G, Mitchison MT, Goold J, Plastina F. Quantum Coherence and Ergotropy. Phys Rev Lett. Οκτώβριος 2020; 125:180603. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.180603.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.180603

[23] Sone A, Deffner S. Quantum and Classical Ergotropy from Relative Entropies. Εντροπία. 2021; 23 (9). Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.3390/​e23091107.
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23091107

[24] Pusz W, Woronowicz SL. Παθητικές καταστάσεις και καταστάσεις KMS για γενικά κβαντικά συστήματα. Comm Math Phys. 1978, 58(3):273-90. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1007/​BF01614224.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01614224

[25] Sparaciari C, Jennings D, Oppenheim J. Ενεργειακή αστάθεια παθητικών καταστάσεων στη θερμοδυναμική. Επικοινωνίες για τη φύση. 2017 Δεκ; 8(1):1895. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1038/​s41467-017-01505-4.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-01505-4

[26] Łobejko M, Mazurek P, Horodecki M. Thermodynamics of Minimal Coupling Quantum Heat Engines. Ποσοστό. 2020 Δεκ; 4:375. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.22331/​q-2020-12-23-375.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-12-23-375

[27] Łobejko M. Η σφιχτή ανισότητα του δεύτερου νόμου για συνεκτικά κβαντικά συστήματα και πεπερασμένου μεγέθους θερμικά λουτρά. Επικοινωνίες για τη φύση. 2021 Φεβ. 12(1):918. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1038/​s41467-021-21140-4.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-021-21140-4

[28] Scovil HED, Schulz-DuBois EO. Masers τριών επιπέδων ως θερμικοί κινητήρες. Phys Rev Lett. 1959 Μαρ, 2:262-3. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.2.262.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.2.262

[29] Scully MO. Quantum Afterburner: Βελτίωση της απόδοσης μιας ιδανικής θερμικής μηχανής. Phys Rev Lett. 2002 Ιαν. 88:050602. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.88.050602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.050602

[30] Jacobs K. Κβαντική μέτρηση και ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής: Το ενεργειακό κόστος της μέτρησης είναι η αξία εργασίας των ληφθέντων πληροφοριών. Physical Review E. 2012 Oct;86(4). Διαθέσιμο από: http://doi.org/​10.1103/​PhysRevE.86.040106.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.86.040106

[31] Goold J, Huber M, Riera A, Rio Ld, Skrzypczyk P. Ο ρόλος της κβαντικής πληροφορίας στη θερμοδυναμική — μια επίκαιρη ανασκόπηση. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. 2016 Feb;49(14):143001. Διαθέσιμο από: http://doi.org/​10.1088/​1751-8113/​49/​14/​143001.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​49/​14/​143001

[32] Wilming H, Gallego R, Eisert J. Δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής υπό περιορισμούς ελέγχου. Physical Review E. 2016 Apr;93(4). Διαθέσιμο από: http://doi.org/​10.1103/​PhysRevE.93.042126.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.93.042126

[33] Perarnau-Llobet M, Wilming H, Riera A, Gallego R, Eisert J. Strong Coupling Corrections in Quantum Thermodynamics. Phys Rev Lett. Μάρτιος 2018, 120:120602. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.120.120602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.120602

[34] Alicki R. Το κβαντικό ανοιχτό σύστημα ως μοντέλο της θερμικής μηχανής. Journal of Physics A: Mathematical and General. Μάιος 1979, 12(5):L103-7. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1088/​0305-4470/​12/​5/​007.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​12/​5/​007

[35] del Rio L, Åberg J, Renner R, Dahlsten O, Vedral V. Η θερμοδυναμική σημασία της αρνητικής εντροπίας. Φύση. 2011 jun;474(7349):61-3. Διαθέσιμο από:.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10123

[36] Horodecki M, Horodecki P, Oppenheim J. Αναστρέψιμοι μετασχηματισμοί από καθαρές σε μικτές καταστάσεις και το μοναδικό μέτρο της πληροφορίας. Phys Rev A. 2003 Jun;67:062104. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.67.062104.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.062104

[37] Horodecki M, Oppenheim J. Θεμελιώδεις περιορισμοί για τη θερμοδυναμική κβαντικής και νανοκλίμακας. Επικοινωνίες για τη φύση. 2013; 4 (1): 2059. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1038/​ncomms3059.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059

[38] Åberg J. Catalytic Coherence. Phys Rev Lett. 2014 Οκτ;113:150402. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.113.150402.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.150402

[39] Ng NHY, Mancinska L, Cirstoiu C, Eisert J, Wehner S. Limits to catalysis in quantum thermodynamics. New Journal of Physics. 2015 Αυγούστου; 17(8):085004. Διαθέσιμο από:.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​8/​085004

[40] Brunner N, Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Εικονικά qubits, εικονικές θερμοκρασίες και τα θεμέλια της θερμοδυναμικής. Phys Rev E. 2012 Μάιος· 85:051117. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevE.85.051117.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.85.051117

[41] Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Οι μικρότερες δυνατές θερμικές μηχανές. arXiv: 10106029. 2010. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.48550/​arXiv.1010.6029.
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.1010.6029
arXiv: 10106029

[42] Monsel J, Elouard C, Auffèves A. Μια αυτόνομη κβαντική μηχανή για τη μέτρηση του θερμοδυναμικού βέλους του χρόνου. npj Κβαντικές πληροφορίες. Νοέμβριος 2018 4:59. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1038/​s41534-018-0109-8.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-018-0109-8

[43] Roulet A, Nimmrichter S, Arrazola JM, Seah S, Scarani V. Αυτόνομη θερμική μηχανή ρότορα. Phys Rev E. 2017 Jun;95:062131. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevE.95.062131.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.95.062131

[44] Kosloff R, Levy A. Quantum Heat Engines and Refrigerators: Continuous Devices. Ετήσια Επιθεώρηση Φυσικοχημείας. 2014; 65 (1): 365-93. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1146/​annurev-physchem-040513-103724.
https: / / doi.org/ 10.1146 / annurev-physchem-040513-103724

[45] Niedenzu W, Huber M, Boukobza E. Έννοιες εργασίας σε αυτόνομες κβαντικές μηχανές θερμότητας. Ποσοστό. Οκτώβριος 2019; 3:195. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.22331/​q-2019-10-14-195.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-10-14-195

[46] von Lindenfels D, Gräb O, Schmiegelow CT, Kaushal V, Schulz J, Mitchison ΜΤ, et al. Περιστρεφόμενος θερμικός κινητήρας συζευγμένος με σφόνδυλο αρμονικού ταλαντωτή. Phys Rev Lett. 2019 Αυγ; 123:080602. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.123.080602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.080602

[47] Singh V. Βέλτιστη λειτουργία κβαντικής θερμικής μηχανής τριών επιπέδων και καθολική φύση απόδοσης. Phys Rev Research. 2020 Νοε. 2:043187. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.2.043187.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043187

[48] Andolina GM, Farina D, Mari A, Pellegrini V, Giovannetti V, Polini M. Μεταφορά ενέργειας μέσω φορτιστή σε ακριβώς επιλύσιμα μοντέλα για κβαντικές μπαταρίες. Phys Rev B. 2018 Nov;98:205423. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.98.205423.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.205423

[49] Andolina GM, Keck M, Mari A, Campisi M, Giovannetti V, Polini M. Extractable Work, the Role of Correlations, and Asymptotic Freedom in Quantum Batteries. Phys Rev Lett. 2019 Φεβ. 122:047702. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.122.047702.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.047702

[50] Janzing D, Wocjan P, Zeier R, Geiss R, Beth T. Thermodynamic Cost of Reliability and Low Temperatures: Tightening Landauer's Principle and the Second Law. Int J Theor Phys. 2000 Dec;39(12):2717-53. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1023/​A:1026422630734.
https: / / doi.org/ 10.1023 / Α: 1026422630734

[51] Streater RF. Statistical Dynamics: A Stochastic Approach To Nonequilibrium Thermodynamics (2nd Edition). World Scientific Publishing Company; 2009. Διαθέσιμο από: https://books.google.pl/​books?id=Is42DwAAQBAJ.
https://books.google.pl/​books?id=Is42DwAAQBAJ

[52] Barra F. Διασκορπιστική φόρτιση μιας κβαντικής μπαταρίας. Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης. Μάιος 2019· 122(21). Διαθέσιμο από:.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.210601

[53] Mazurek P, Horodecki M. Αποσυνθεσιμότητα και κυρτή δομή θερμικών διεργασιών. New Journal of Physics. Μάιος 2018; 20(5):053040. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aac057.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aac057

[54] Mazurek P. Θερμικές διεργασίες και δυνατότητα επίτευξης κατάστασης. Phys Rev A. 2019 Apr;99:042110. Διαθέσιμο από: https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.99.042110.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.042110

Αναφέρεται από

[1] RR Rodriguez, B. Ahmadi, G. Suarez, P. Mazurek, S. Barzanjeh και P. Horodecki, «Βέλτιστος κβαντικός έλεγχος φόρτισης κβαντικών μπαταριών», arXiv: 2207.00094.

Οι παραπάνω αναφορές είναι από SAO / NASA ADS (τελευταία ενημέρωση επιτυχώς 2022-10-17 14:07:51). Η λίστα μπορεί να είναι ελλιπής, καθώς δεν παρέχουν όλοι οι εκδότες τα κατάλληλα και πλήρη στοιχεία αναφοράς.

Δεν ήταν δυνατή η λήψη Crossref αναφερόμενα δεδομένα κατά την τελευταία προσπάθεια 2022-10-17 14:07:49: Δεν ήταν δυνατή η λήψη των αναφερόμενων δεδομένων για το 10.22331 / q-2022-10-17-841 από την Crossref. Αυτό είναι φυσιολογικό αν το DOI καταχωρήθηκε πρόσφατα.

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Quantum Journal