1Physics School, Trinity College Dublin, College Green, Dublin 2, Írország
2Összetett kvantumrendszerek központja, Aarhusi Egyetem, Nordre Ringgade 1, 8000 Aarhus C, Dánia
3Dahlem Komplex kvantumrendszerek központja, Freie Universitet, Berlin, 14195 Berlin, Németország
4Physics School, University College Dublin, Belfield, Dublin 4, Írország
5Kvantummérnöki, Tudományos és Technológiai Központ, University College Dublin, Belfield, Dublin 4, Írország
6Departamento de Física, Universidad de Murcia, Murcia E-30071, Spanyolország
Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.
Absztrakt
Bemutatjuk a ciklikus kvantumtermikus gépek (QTM) egyedülálló osztályát, amelyek maximalizálhatják teljesítményüket a ciklusidőtartam $tau$ véges értékén, ahol a leginkább visszafordíthatatlanok. Ezek a QTM-ek együtemű termodinamikai ciklusokon alapulnak, amelyeket az úgynevezett Periodically Refreshed Baths (PReB) folyamat nem egyensúlyi egyensúlyi állapota (NESS) valósít meg. Azt találtuk, hogy az ilyen QTM-ek interpolálhatnak a szabványos ütközési QTM-ek között, amelyek figyelembe veszik az egyhelyi környezetekkel való ismételt interakciókat, és az autonóm QTM-ek között, amelyeket több makroszkopikus fürdőhöz való egyidejű kapcsolással működtetnek. Megbeszéljük az ilyen folyamatok fizikai megvalósítását, és megmutatjuk, hogy megvalósításukhoz véges számú fürdőmásolat szükséges. Érdekes módon a teljesítmény maximalizálása azáltal, hogy a $tau$ függvényében a legvisszafordíthatatlanabb ponton működik, az az ára, hogy egy ilyen rendszer megvalósítása bonyolultabbá válik, ez utóbbit a szükséges fürdők példányszámának növekedése számszerűsíti. Ezt a fizikát egy egyszerű példán mutatjuk be. Bemutatjuk a Gauss-rendszerek PReB folyamatának elegáns leírását is diszkrét idejű Ljapunov-egyenlet formájában. Továbbá elemzésünk érdekes összefüggéseket tár fel a Zeno és az anti-Zeno hatásokkal.
Kiemelt kép: Egy egyszerű, rendszeresen frissített kvantumtermikus gép. Két fermionikus helyből áll, amelyek között $g$ ugrál, mindegyik helynek saját fürdőkészlete van, amelyek egyenként párosulnak egy ideig $tau$ ciklikus módon. Itt minden egyes fürdőt egyetlen disszipatív fermionos hely ír le. A disszipáció minden egyes fürdőt az egyensúlyi állapotába "frissít", mielőtt újra csatlakoztatná a rendszerhez. A két helyhez kapcsolódó fürdőhalmaz egyensúlyi állapotainak hőmérséklete eltérő (inverz hőmérséklet, $beta_1$ és $beta_2$), míg a kémiai potenciálok ($mu$) azonosak.
Népszerű összefoglaló
Mikroszkópos kvantumrendszerekre alapozva egy új típusú termodinamikai ciklust javasolunk, amely akkor lehet a leghatékonyabb, ha a disszipációt a ciklus időtartamának függvényében maximalizálják. Következésképpen a ciklus időtartamának függvényében nincs kompromisszum a teljesítmény és a hatásfok között. Az ezen a termodinamikai cikluson alapuló hőgépeket és hűtőgépeket „időszakosan frissített kvantumtermikus gépeknek” nevezzük. A hagyományos hőgépekkel ellentétben a rendszer nem tér vissza az egyensúlyi állapotba minden ciklus végén, hanem az egyensúlytól távoli állapotba. Megbeszéljük, hogyan valósítható meg egy ilyen folyamat fizikailag. A körfolyamat természete lehetővé teszi a rendszer dinamikáját és termodinamikáját pontos numerikus kezelésre a kvantumtermodinamika meglévő mikroszkópos megközelítésein belül. Különösen a Gauss-rendszerek esetében találunk elegáns leírást egy diszkrét idejű Ljapunov-egyenletben: egy jól tanulmányozott matematikai és mérnöki egyenlet, amelyet a mindennapi életben makroszkopikus objektumok vezérlésére használnak. Az „időszakosan frissített kvantum-termikus gépek” több koncepciót ötvöznek, és mély összefüggéseket mutatnak be az ismétlődő kölcsönhatások vagy ütközési modellek fizikájával, termoelektromos eszközökkel, valamint a kvantumzeno és anti-Zénó hatásokkal.
► BibTeX adatok
► Referenciák
[1] HS Leff és GL Jones, American Journal of Physics 43, 973 (1975).
https:///doi.org/10.1119/1.10032
[2] HS Leff, American Journal of Physics 86, 344 (2018).
https:///doi.org/10.1119/1.5020985
[3] S. Bhattacharjee és A. Dutta, The European Physical Journal B 94, 239 (2021).
https://doi.org/10.1140/epjb/s10051-021-00235-3
[4] NM Myers, O. Abah és S. Deffner, (2022), arXiv:2201.01740 [quant-ph].
https:///doi.org/10.1119/1.10032
arXiv: 2201.01740
[5] A. Purkayastha, G. Guarnieri, S. Campbell, J. Prior és J. Goold, Phys. Rev. B 104, 045417 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.104.045417
[6] H.-P. Breuer és F. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems (Oxford University Press, Oxford, 2007).
https:///doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199213900.001.0001
[7] H. Haug és A.-P. Jauho, Kvantumkinetika a félvezetők szállításában és optikájában (Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008).
https://doi.org/10.1007/978-3-540-73564-9
[8] A. Kamenev, Field Theory of Non-Equilibrium Systems (Cambridge University Press, Cambridge, 2011).
https:///doi.org/10.1017/CBO9781139003667
[9] J. Rau, Phys. Rev. 129, 1880 (1963).
https:///doi.org/10.1103/PhysRev.129.1880
[10] S. Campbell és B. Vacchini, EPL (Europhysics Letters) 133, 60001 (2021).
https://doi.org/10.1209/0295-5075/133/60001
[11] F. Ciccarello, S. Lorenzo, V. Giovannetti és GM Palma, Physics Reports 954, 1 (2022).
https:///doi.org/10.1016/j.physrep.2022.01.001
[12] M. Cattaneo, G. De Chiara, S. Maniscalco, R. Zambrini és GL Giorgi, Phys. Rev. Lett. 126, 130403 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.130403
[13] P. Strasberg, G. Schaller, T. Brandes és M. Esposito, Phys. Rev. X 7, 021003 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.7.021003
[14] P. Strasberg, Phys. Rev. Lett. 123, 180604 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.180604
[15] GD Chiara, G. Landi, A. Hewgill, B. Reid, A. Ferraro, AJ Roncaglia és M. Antezza, New Journal of Physics 20, 113024 (2018).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aaecee
[16] G. Guarnieri, D. Morrone, B. Çakmak, F. Plastina és S. Campbell, Physics Letters A 384, 126576 (2020).
https:///doi.org/10.1016/j.physleta.2020.126576
[17] F. Barra, Sci. Rep. 5, 14873 (2015).
https:///doi.org/10.1038/srep14873
[18] MT Mitchison, Contemporary Physics 60, 164 (2019).
https:///doi.org/10.1080/00107514.2019.1631555
[19] G. Benenti, G. Casati, K. Saito és RS Whitney, Physics Reports 694, 1 (2017).
https:///doi.org/10.1016/j.physrep.2017.05.008
[20] Z. Gajić és MTJ Qureshi, Lyapunov mátrixegyenlet a rendszerstabilitásban és -szabályozásban (Academic Press, Inc. San Diego, California, 1995).
[21] J. Sun és J. Yong, Sztochasztikus lineáris-négyzetes optimális szabályozási elmélet: Nyílt hurkú és zárt hurkú megoldások (Springer Nature, Svájc, 2020).
https://doi.org/10.1007/978-3-030-20922-3
[22] R. Dann és R. Kosloff, Quantum 5, 590 (2021a).
https://doi.org/10.22331/q-2021-11-25-590
[23] R. Dann és R. Kosloff, Phys. Rev. Research 3, 023006 (2021b).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.023006
[24] M. Esposito, MA Ochoa és M. Galperin, Phys. Rev. Lett. 114, 080602 (2015a).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.080602
[25] M. Esposito, MA Ochoa és M. Galperin, Phys. Rev. B 92, 235440 (2015b).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.92.235440
[26] D. Newman, F. Mintert és A. Nazir, Phys. Rev. E 95, 032139 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.95.032139
[27] S. Restrepo, J. Cerrillo, P. Strasberg és G. Schaller, New Journal of Physics 20, 053063 (2018).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aac583
[28] M. Perarnau-Llobet, H. Wilming, A. Riera, R. Gallego és J. Eisert, Phys. Rev. Lett. 120, 120602 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.120602
[29] G. Schaller, J. Cerrillo, G. Engelhardt és P. Strasberg, Phys. Rev. B 97, 195104 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.97.195104
[30] N. Pancotti, M. Scandi, MT Mitchison és M. Perarnau-Llobet, Phys. Rev. X 10, 031015 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.10.031015
[31] M. Carrega, LM Cangemi, G. De Filippis, V. Cataudella, G. Benenti és M. Sassetti, PRX Quantum 3, 010323 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.010323
[32] B. Misra és ECG Sudarshan, Journal of Mathematical Physics 18, 756 (1977).
https:///doi.org/10.1063/1.523304
[33] AG Kofman és G. Kurizki, Nature 405, 546 (2000).
https:///doi.org/10.1038/35014537
[34] AG Kofman és G. Kurizki, Phys. Rev. Lett. 87, 270405 (2001).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.270405
[35] AG Kofman és G. Kurizki, Phys. Rev. Lett. 93, 130406 (2004).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.130406
[36] N. Erez, G. Gordon, M. Nest és G. Kurizki, Nature 452, 724 (2008).
https:///doi.org/10.1038/nature06873
[37] GA Álvarez, DDB Rao, L. Frydman és G. Kurizki, Phys. Rev. Lett. 105, 160401 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.160401
[38] DD Bhaktavatsala Rao és G. Kurizki, Phys. Rev. A 83, 032105 (2011).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.83.032105
[39] V. Mukherjee, AG Kofman és G. Kurizki, Communications Physics 3, 8 (2020).
https:///doi.org/10.1038/s42005-019-0272-z
[40] A. Das és V. Mukherjee, Phys. Rev. Research 2, 033083 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033083
[41] A. Aufféves, (2021), arXiv:2111.09241 [quant-ph].
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.020101
arXiv: 2111.09241
[42] J. Prior, AW Chin, SF Huelga és MB Plenio, Phys. Rev. Lett. 105, 050404 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.050404
[43] AW Chin, A. Rivas, SF Huelga és MB Plenio, Journal of Mathematical Physics 51, 092109 (2010).
https:///doi.org/10.1063/1.3490188
[44] A. Garg, JN Onuchic és V. Ambegaokar, The Journal of Chemical Physics 83, 4491 (1985).
https:///doi.org/10.1063/1.449017
[45] A. Nazir és G. Schaller, „The Reaction Coordinate Mapping in Quantum Thermodynamics”, Thermodynamics in the Quantum Regime: Fundamental Aspects and New Directions, Vol. 195, szerkesztette: F. Binder, LA Correa, C. Gogolin, J. Anders és G. Adesso (2018) p. 551.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-99046-0_23
[46] I. de Vega, U. Schollwöck és FA Wolf, Phys. Rev. B 92, 155126 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.92.155126
[47] P. Strasberg, G. Schaller, TL Schmidt és M. Esposito, Phys. Rev. B 97, 205405 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.97.205405
[48] Woods képviselő, M. Cramer és MB Plenio, Phys. Rev. Lett. 115, 130401 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.130401
[49] MP Woods és MB Plenio, Journal of Mathematical Physics 57, 022105 (2016).
https:///doi.org/10.1063/1.4940436
[50] N. Shiraishi és H. Tajima, Phys. Rev. E 96, 022138 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.96.022138
[51] M. Esposito, K. Lindenberg és CV den Broeck, New Journal of Physics 12, 013013 (2010).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/12/1/013013
[52] D. Reeb és MM Wolf, New Journal of Physics 16, 103011 (2014).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/10/103011
[53] GT Landi és M. Paternostro, Rev. Mod. Phys. 93, 035008 (2021).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.93.035008
[54] P. Strasberg és A. Winter, PRX Quantum 2, 030202 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.030202
[55] A. Dhar és D. Sen, Phys. Rev. B 73, 085119 (2006).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.73.085119
[56] A. Dhar, K. Saito és P. Hänggi, Phys. Rev. E 85, 011126 (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.85.011126
[57] D. Grimmer, E. Brown, A. Kempf, RB Mann és E. Martín-Martínez, Phys. Rev. A 97, 052120 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.97.052120
[58] RR Camasca és GT Landi, Phys. Rev. A 103, 022202 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.103.022202
[59] H. Leitch, N. Piccione, B. Bellomo és GD Chiara, (2021), arXiv:2108.11341 [quant-ph].
https:///doi.org/10.1116/5.0072067
arXiv: 2108.11341
[60] FL Curzon és B. Ahlborn, American Journal of Physics 43, 22 (1975).
https:///doi.org/10.1119/1.10023
[61] P. Strasberg, MG Díaz és A. Riera-Campeny, Phys. Rev. E 104, L022103 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.104.L022103
[62] A. Purkayastha, (2022), arXiv:2201.00677 [quant-ph].
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.105.062204
arXiv: 2201.00677
[63] P. Pietzonka és U. Seifert, Phys. Rev. Lett. 120, 190602 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.190602
[64] G. Guarnieri, GT Landi, SR Clark és J. Goold, Phys. Rev. Research 1, 033021 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.1.033021
[65] AM Timpanaro, G. Guarnieri, J. Goold és GT Landi, Phys. Rev. Lett. 123, 090604 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.090604
[66] N. Van Horne, D. Yum, T. Dutta, P. Hänggi, J. Gong, D. Poletti és M. Mukherjee, npj Quantum Information 6, 37 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41534-020-0264-6
[67] G. Watanabe, BP Venkatesh, P. Talkner, M.-J. Hwang és A. del Campo, Phys. Rev. Lett. 124, 210603 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.210603
[68] F. Barra, Phys. Rev. Lett. 122, 210601 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.210601
[69] KV Hovhannisyan, F. Barra és A. Imparato, Phys. Rev. Research 2, 033413 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033413
[70] MT Mitchison, J. Goold és J. Prior, Quantum 5, 500 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-07-13-500
[71] P. Taranto, F. Bakhshinezhad, P. Schüttelkopf, F. Clivaz és M. Huber, Phys. Rev. Applied 14, 054005 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.14.054005
[72] M.-C. Chung és I. Peschel, Phys. Rev. B 64, 064412 (2001).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.64.064412
[73] V. Eisler és I. Peschel, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 50, 284003 (2017).
https://doi.org/10.1088/1751-8121/aa76b5
Idézi
[1] Fernando S. Filho, Bruno AN Akasaki, Carlos E. Fernadéz Noa, Bart Cleuren és Carlos E. Fiore, „Thermodynamics and hatékonyság of szekvenciálisan ütköző Brown-részecskék: The role of drives”, arXiv: 2206.05819.
[2] Felipe Barra, „Hatékonysági ingadozások ismételt interakciós folyamattal feltöltött kvantum akkumulátorban”, Entropy 24 6, 820 (2022).
A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2022-09-09 02:42:37). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.
On Crossref által idézett szolgáltatás művekre hivatkozó adat nem található (utolsó próbálkozás 2022-09-09 02:42:35).
Ez a tanulmány a Quantumban jelent meg Creative Commons Nevezd meg 4.0 International (CC BY 4.0) engedély. A szerzői jog az eredeti szerzői jog tulajdonosainál marad, például a szerzőknél vagy intézményeiknél.
