1مرکز بین‌المللی تئوری فناوری‌های کوانتومی، دانشگاه گدانسک، Wita Stwosza 63، 80-308 گدانسک، لهستان
2موسسه انفورماتیک نظری و کاربردی، آکادمی علوم لهستان، Bałtycka 5، 44-100 Gliwice، لهستان
این مقاله را جالب می دانید یا می خواهید بحث کنید؟ SciRate را ذکر کنید یا در SciRate نظر بدهید.
چکیده
قانون دوم ترمودینامیک از تغییر در انرژی آزاد سیستم های ماکروسکوپی برای تعیین حدی بر کار انجام شده استفاده می کند. Ergotropy نقش مشابهی را در سناریوهای میکروسکوپی ایفا می کند و به عنوان حداکثر مقدار انرژی که می تواند از یک سیستم توسط یک عملیات واحد استخراج شود تعریف می شود. در این تحلیل، میزان ارگوتروپی را می‌توان در نتیجه تعامل سیستم با یک حمام حرارتی، با چشم‌انداز استفاده از آن به عنوان منبع کار انجام شده توسط ماشین‌های میکروسکوپی، بر روی یک سیستم القا کرد. ما محدودیت اساسی در میزان ارگوتروپی را که می توان از این طریق از محیط استخراج کرد، ارائه می دهیم. کران بر حسب اختلاف انرژی آزاد غیرتعادلی بیان می شود و می تواند در حد بعد نامتناهی همیلتونی سیستم اشباع شود. فرآیند استخراج ارگوتروپی که منجر به این اشباع می شود به صورت عددی برای سیستم های با ابعاد محدود تحلیل می شود. علاوه بر این، ما ایده استخراج ارگوتروپی از محیط را در طراحی یک کلاس جدید از موتورهای حرارتی سکته مغزی، که موتورهای چرخه باز را برچسب گذاری می کنیم، اعمال می کنیم. راندمان و تولید کار این ماشین ها را می توان برای سیستم های ابعاد 2 و 3 کاملا بهینه کرد و برای ابعاد بالاتر آنالیز عددی ارائه می شود.
► داده های BibTeX
◄ مراجع
[1] Åberg J. استخراج کار واقعاً کار مانند از طریق تجزیه و تحلیل تک شات. ارتباطات طبیعت 2013 ژوئن؛ 4 (1): 1925. در دسترس از: https://doi.org/10.1038/ncomms2712.
https://doi.org/10.1038/ncomms2712
[2] سیفرت یو. قانون اول و دوم ترمودینامیک در جفت قوی. Phys Rev Lett. ژانویه 2016؛ 116:020601. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.020601.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.020601
[3] Strasberg P، Esposito M. نرخ‌های تولید آنتروپی غیرمارکوویانی و منفی. Phys Rev E. ژانویه 2019؛ 99:012120. در دسترس از: 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. قوانین دوم ترمودینامیک کوانتومی. مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم. 2015؛ 112 (11): 3275-9. در دسترس از: https://doi.org/10.1073/pnas.1411728112.
https://doi.org/10.1073/pnas.1411728112
[5] Skrzypczyk P، Short AJ، Popescu S. استخراج کار و ترمودینامیک برای سیستم‌های کوانتومی منفرد. ارتباطات طبیعت 2014؛ 5 (1): 4185. در دسترس از: https://doi.org/10.1038/ncomms5185.
https://doi.org/10.1038/ncomms5185
[6] Biswas T، Junior AdO، Horodecki M، Korzekwa K. روابط نوسانات اتلاف برای فرآیندهای تقطیر ترمودینامیکی. Phys Rev E. 2022 May; 105:054127. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.105.054127.
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.105.054127
[7] Jarzynski C. برابری غیرتعادلی برای تفاوت های انرژی آزاد. Phys Rev Lett. آوریل 1997؛ 78:2690-3. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.2690.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.2690
[8] Esposito M، Harbola U، Mukamel S. نوسانات غیر تعادلی، قضایای نوسانات، و آمار شمارش در سیستم های کوانتومی. Rev Mod Phys. دسامبر 2009؛ 81:1665-702. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1665.
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1665
[9] Campisi M، Hänggi P، Talkner P. Colloquium: روابط نوسانات کوانتومی: مبانی و کاربردها. Rev Mod Phys. 2011 ژوئیه؛ 83:771-91. در دسترس از: 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. کار نوسانی: از هویت‌های ترمودینامیکی کوانتومی تا برابری قانون دوم. Phys Rev X. 2016 Oct; 6:041017. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.6.041017.
https://doi.org/10.1103/PhysRevX.6.041017
[11] Allahverdyan AE، Balian R، Nieuwenhuizen TM. حداکثر استخراج کار از سیستم های کوانتومی محدود نامه های یوروفیزیک (EPL). اوت 2004؛ 67 (4): 565-71. موجود از:.
https://doi.org/10.1209/epl/i2004-10101-2
[12] Ruch E, Mead A. اصل افزایش شخصیت اختلاط و برخی از پیامدهای آن. تئوریکا شیمیکا اکتا. آوریل 1976؛ 41:042110. در دسترس از: https://doi.org/10.1007/BF01178071.
https://doi.org/10.1007/BF01178071
[13] Alicki R، Fannes M. تقویت درهم تنیدگی برای کارهای قابل استخراج از مجموعه باتری های کوانتومی. Physical Review E. 2013 Apr;87(4). در دسترس از: 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: شارژ قدرتمند باتری های کوانتومی. مجله جدید فیزیک. 2015 ژوئیه؛ 17 (7): 075015. در دسترس از: 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، و همکاران. افزایش قدرت شارژ باتری های کوانتومی Phys Rev Lett. آوریل 2017؛ 118:150601. در دسترس از: 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. هزینه انرژی استخراج کار. Phys Rev Lett. 2020 مارس؛ 124:130601. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.130601.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.130601
[17] Hovhannisyan KV، Barra F، Imparato A. شارژ با کمک حرارتی. Phys Rev Research. 2020 سپتامبر؛ 2:033413. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033413.
https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033413
[18] علی الدین م، گوها تی، پرشار ص. ساختار حالت های غیرفعال و کاربرد آن در شارژ باتری های کوانتومی. Phys Rev E. آگوست 2020؛ 102:022106. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.102.022106.
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.102.022106
[19] علی الدین مریم، گوها تی، پرشار ص. محدود به شکاف ارگوتروپیک برای حالت‌های قابل تفکیک دوبخشی. Phys Rev A. مه 2019؛ 99:052320. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.052320.
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.052320
[20] Puliyil S، Banik M، Alimuddin M. امضاهای ترمودینامیکی درهم تنیدگی چند جانبه واقعی. Phys Rev Lett. اوت 2022؛ 129:070601. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.070601.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.070601
[21] علی الدین M، Guha T، Parashar P. استقلال کار و آنتروپی برای سیستم های کوانتومی محدود با انرژی برابر: انرژی حالت غیرفعال به عنوان یک کمیت درهم تنیدگی. Phys Rev E. ژوئیه 2020؛ 102:012145. در دسترس از: 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. کوانتومی انسجام و ارگوتروپی. Phys Rev Lett. اکتبر 2020؛ 125:180603. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.180603.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.180603
[23] Sone A، Deffner S. کوانتومی و ارگوتروپی کلاسیک از آنتروپی های نسبی. آنتروپی. 2021؛ 23 (9). در دسترس از: https://doi.org/10.3390/e23091107.
https://doi.org/10.3390/e23091107
[24] Pusz W، Woronowicz SL. حالت های غیرفعال و حالت های KMS برای سیستم های کوانتومی عمومی. Comm Math Phys. 1978؛ 58 (3): 273-90. در دسترس از: https://doi.org/10.1007/BF01614224.
https://doi.org/10.1007/BF01614224
[25] Sparaciari C، Jennings D، Oppenheim J. ناپایداری انرژی حالات غیرفعال در ترمودینامیک. ارتباطات طبیعت دسامبر 2017؛ 8 (1): 1895. در دسترس از: 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. ترمودینامیک موتورهای حرارتی کوانتومی کوپلینگ حداقل. کوانتومی دسامبر 2020؛ 4:375. در دسترس از: https://doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375.
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375
[27] Łobejko M. نابرابری محکم قانون دوم برای سیستم های کوانتومی منسجم و حمام های حرارتی با اندازه محدود. ارتباطات طبیعت 2021 فوریه 12 (1): 918. در دسترس از: https://doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4
[28] Scovil HED، Schulz-DuBois EO. میزرهای سه سطحی به عنوان موتورهای حرارتی. Phys Rev Lett. 1959 مارس؛ 2:262-3. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.262.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.262
[29] اسکالی MO. پس سوز کوانتومی: بهبود کارایی یک موتور حرارتی ایده آل. Phys Rev Lett. 2002 ژانویه؛ 88:050602. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.050602.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.050602
[30] Jacobs K. اندازه گیری کوانتومی و قانون اول ترمودینامیک: هزینه انرژی اندازه گیری، ارزش کاری اطلاعات به دست آمده است. Physical Review E. 2012 Oct;86(4). در دسترس از: 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. نقش اطلاعات کوانتومی در ترمودینامیک - یک بررسی موضعی. مجله فیزیک الف: ریاضی و نظری. 2016 Feb;49(14):143001. در دسترس از: 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. قانون دوم ترمودینامیک تحت محدودیت های کنترلی. Physical Review E. 2016 Apr;93(4). در دسترس از: 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. اصلاحات جفت قوی در ترمودینامیک کوانتومی. Phys Rev Lett. 2018 مارس؛ 120:120602. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.120602.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.120602
[34] Alicki R. سیستم باز کوانتومی به عنوان مدلی از موتور حرارتی. مجله فیزیک الف: ریاضی و عمومی. مه 1979؛ 12 (5): L103-7. در دسترس از: https://doi.org/10.1088/0305-4470/12/5/007.
https://doi.org/10.1088/0305-4470/12/5/007
[35] دل ریو L، Åberg J، Renner R، Dahlsten O، Vedral V. معنای ترمودینامیکی آنتروپی منفی. طبیعت. 2011 jun;474(7349):61-3. موجود از:.
https://doi.org/10.1038/nature10123
[36] Horodecki M، Horodecki P، Oppenheim J. تبدیل‌های برگشت‌پذیر از حالت‌های خالص به ترکیبی و اندازه‌گیری منحصربه‌فرد اطلاعات. Phys Rev A. 2003 Jun;67:062104. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.67.062104.
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.67.062104
[37] Horodecki M، Oppenheim J. محدودیت های اساسی برای ترمودینامیک کوانتومی و نانومقیاس. ارتباطات طبیعت 2013؛ 4 (1): 2059. در دسترس از: https://doi.org/10.1038/ncomms3059.
https://doi.org/10.1038/ncomms3059
[38] Åberg J. انسجام کاتالیستی. Phys Rev Lett. اکتبر 2014؛ 113:150402. در دسترس از: 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. محدودیت‌های کاتالیز در ترمودینامیک کوانتومی. مجله جدید فیزیک. آگوست 2015; 17 (8): 085004. موجود از:.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/8/085004
[40] Brunner N، Linden N، Popescu S، Skrzypczyk P. کیوبیت های مجازی، دمای مجازی، و پایه های ترمودینامیک. Phys Rev E. مه 2012؛ 85:051117. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.85.051117.
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.85.051117
[41] Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. کوچکترین موتورهای حرارتی ممکن. arXiv:10106029. 2010. موجود در: 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. یک ماشین کوانتومی خودمختار برای اندازه گیری فلش ترمودینامیکی زمان. اطلاعات کوانتومی npj. 2018:4 نوامبر 59. در دسترس از: https://doi.org/10.1038/s41534-018-0109-8.
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0109-8
[43] رولت A، Nimmrichter S، Arrazola JM، Seah S، Scarani V. موتور حرارتی روتور خودمختار. Phys Rev E. 2017 Jun;95:062131. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.062131.
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.062131
[44] Kosloff R، Levy A. موتورهای حرارتی کوانتومی و یخچال‌ها: دستگاه‌های پیوسته. بررسی سالانه شیمی فیزیک. 2014؛ 65 (1): 365-93. در دسترس از: 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. مفاهیم کار در موتورهای حرارتی کوانتومی خودمختار. کوانتومی اکتبر 2019؛ 3:195. در دسترس از: https://doi.org/10.22331/q-2019-10-14-195.
https://doi.org/10.22331/q-2019-10-14-195
[46] فون Lindenfels D، Gräb O، Schmiegelow CT، Kaushal V، Schulz J، Mitchison MT، و همکاران. چرخش موتور حرارتی متصل به فلایویل نوسان ساز هارمونیک. Phys Rev Lett. اوت 2019؛ 123:080602. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.080602.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.080602
[47] سینگ V. عملکرد بهینه یک موتور حرارتی کوانتومی سه سطحی و طبیعت جهانی بازده. Phys Rev Research. 2020:2 نوامبر 043187. در دسترس از: 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. انتقال انرژی با واسطه شارژر در مدل های دقیقا قابل حل برای باتری های کوانتومی. Phys Rev B. 2018 Nov;98:205423. در دسترس از: 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. کار قابل استخراج، نقش همبستگی ها و آزادی مجانبی در باتری های کوانتومی. Phys Rev Lett. فوریه 2019؛ 122:047702. در دسترس از: 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. هزینه ترمودینامیکی قابلیت اطمینان و دماهای پایین: اصل سفت کردن لاندوئر و قانون دوم. Int J Theor Phys. 2000 دسامبر؛ 39 (12): 2717-53. در دسترس از: https://doi.org/10.1023/A:1026422630734.
https://doi.org/10.1023/A:1026422630734
[51] استریتر RF. دینامیک آماری: رویکرد تصادفی به ترمودینامیک غیرتعادلی (ویرایش دوم). شرکت انتشارات علمی جهان; 2. موجود در: https://books.google.pl/books?id=Is2009DwAAQBAJ.
https://books.google.pl/books?id=Is42DwAAQBAJ
[52] باررا اف. شارژ اتلافی یک باتری کوانتومی. نامه های بررسی فیزیکی مه 2019؛ 122 (21). موجود از:.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.210601
[53] Mazurek P، Horodecki M. تجزیه پذیری و ساختار محدب فرآیندهای حرارتی. مجله جدید فیزیک. مه 2018؛ 20 (5): 053040. در دسترس از: https://doi.org/10.1088/1367-2630/aac057.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/aac057
[54] Mazurek P. فرآیندهای حرارتی و دستیابی به حالت. Phys Rev A. 2019 آوریل؛ 99:042110. در دسترس از: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.042110.
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.042110
ذکر شده توسط
[1] RR Rodriguez, B. Ahmadi, G. Suarez, P. Mazurek, S. Barzanjeh, and P. Horodecki, "کنترل کوانتومی بهینه شارژ باتری های کوانتومی" arXiv: 2207.00094.
نقل قول های بالا از SAO/NASA Ads (آخرین به روز رسانی با موفقیت 2022-10-17 14:07:51). فهرست ممکن است ناقص باشد زیرا همه ناشران داده های استنادی مناسب و کاملی را ارائه نمی دهند.
واکشی نشد داده های استناد شده متقاطع در آخرین تلاش 2022-10-17 14:07:49: داده های استناد شده برای 10.22331/q-2022-10-17-841 از Crossref دریافت نشد. اگر DOI اخیراً ثبت شده باشد، طبیعی است.
این مقاله در Quantum تحت عنوان منتشر شده است Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) مجوز. حق چاپ نزد دارندگان حق چاپ اصلی مانند نویسندگان یا مؤسسات آنها باقی می ماند.
