Institut Fisika Teoritis dan Astrofisika, Fakultas Matematika, Fisika dan Informatika, Universitas Gdaลsk, 80-308 Gdansk, Polandia
Pusat Internasional untuk Teori Teknologi Quantum, Universitas Gdaลsk, 80-308 Gdaลsk, Polandia
Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.
Abstrak
Kami mempertimbangkan distribusi kuasi-probabilitas kerja untuk sistem kuantum terisolasi yang digabungkan ke perangkat penyimpanan energi yang diberikan oleh berat ideal. Secara khusus, kami menganalisis trade-off antara perubahan energi rata-rata dan perubahan varians berat, di mana pekerjaan diekstraksi dari ergotropi sistem yang koheren dan tidak koheren. Terutama, kami mengungkapkan bahwa ekstraksi ergotropi koheren positif dapat disertai dengan pengurangan fluktuasi kerja (diukur dengan kerugian varians) dengan memanfaatkan keadaan non-klasik dari reservoir kerja. Di sisi lain, kami memperoleh hubungan fluktuasi-dekoherensi untuk bobot kuantum, mendefinisikan batas bawah dispersi energinya melalui fungsi dumping dari kontribusi koheren terhadap ergotropi sistem. Secara khusus, ini mengungkapkan bahwa membuka ergotropi dari koherensi menghasilkan fluktuasi tinggi, yang menyimpang ketika energi koheren total dibuka. Protokol otonom ekstraksi kerja yang diusulkan menunjukkan perbedaan yang signifikan antara mengekstraksi ergotropi yang koheren dan tidak koheren: Yang pertama dapat mengurangi varians, tetapi nilai absolutnya berbeda jika semakin banyak energi yang diekstraksi, sedangkan untuk yang terakhir, gain selalu non-negatif. , tetapi ergotropi total (tidak koheren) dapat diekstraksi dengan fluktuasi kerja yang terbatas. Selanjutnya, kami menyajikan kerangka kerja dalam hal distribusi probabilitas kuasi yang diperkenalkan, yang memiliki interpretasi fisik dari kumulannya, bebas dari sifat pengukuran yang invasif, dan direduksi menjadi skema pengukuran dua titik (TPM) untuk keadaan yang tidak koheren. Akhirnya, kami secara analitis menyelesaikan trade-off varians kerja untuk qubit, secara eksplisit mengungkapkan semua rezim kuantum dan klasik di atas.
โบ data BibTeX
โบ Referensi
[1] Bochkov GN, Kuzovle YE. Teori umum fluktuasi termal dalam sistem nonlinier. Sov Phys JETP. 1977;45:125.
[2] Jarzynski C. Nonequilibrium Kesetaraan untuk Perbedaan Energi Bebas. Phys Rev Lett. 1997 Apr;78:2690โ2693. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevLett.78.2690.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.2690
[3] Penjahat GE. Teorema fluktuasi produksi entropi dan hubungan kerja nonequilibrium untuk perbedaan energi bebas. Phys Rev E. 1999 Sep;60:2721โ2726. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevE.60.2721.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.60.2721
[4] Esposito M, Harbola U, Mukamel S. Tidak ada fluktuasi keseimbangan, teorema fluktuasi, dan statistik penghitungan dalam sistem kuantum. Rev Mod Phys. 2009 Des;81:1665-1702. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โRevModPhys.81.1665.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1665
[5] Campisi M, Hรคnggi P, Pembicara P. Kolokium: Hubungan fluktuasi kuantum: Yayasan dan aplikasi. Rev Mod Phys. 2011 Juli;83:771โ791. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โRevModPhys.83.771.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.83.771
[6] Pembicara P, Lutz E, Hรคnggi P. Teorema fluktuasi: Usaha bukanlah sesuatu yang dapat diamati. Phys Rev E. 2007 Mei;75:050102. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevE.75.050102.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.75.050102
[7] Jarzynski C, Wojcik DK. Teorema Fluktuasi Klasik dan Quantum untuk Pertukaran Panas. Phys Rev Lett. 2004 Juni;92:230602. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevLett.92.230602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.92.230602
[8] Deffner S, Lutz E. Produksi Entropi Nonequilibrium untuk Sistem Kuantum Terbuka. Phys Rev Lett. 2011 Sep;107:140404. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevLett.107.140404.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.140404
[9] Manzano G, Horowitz JM, Parrondo JMR. Teorema Fluktuasi Quantum untuk Lingkungan Sewenang-wenang: Produksi Entropi Adiabatik dan Nonadiabatik. Phys Rev X. 2018 Agustus;8:031037. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevX.8.031037.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.031037
[10] Ito K, Talkner P, Venkatesh BP, Watanabe G. Pengukuran energi umum dan kerja kuantum yang kompatibel dengan teorema fluktuasi. Phys Rev A. 2019 Mar;99:032117. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevA.99.032117.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032117
[11] Debarba T, Manzano G, Guryanova Y, Huber M, Friis N. Estimasi kerja dan fluktuasi kerja dengan adanya pengukuran yang tidak ideal. Jurnal Fisika Baru. 2019 nov;21(11):113002. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1088/โ1367-2630/โab4d9d.
https:/โ/โdoi.org/โ10.1088/โ1367-2630/โab4d9d
[12] Micadei K, Landi GT, Lutz E. Teorema Fluktuasi Quantum di luar Pengukuran Dua Titik. Phys Rev Lett. 2020 Mar;124:090602. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevLett.124.090602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.090602
[13] Yukawa S. A Quantum Analogue Kesetaraan Jarzynski. Jurnal Masyarakat Fisik Jepang. 2000;69(8):2367โ2370. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1143/โJPSJ.69.2367.
https: / / doi.org/ 10.1143 / JPSJ.69.2367
[14] Allahverdyan AE, Nieuwenhuizen TM. Hukum kedua dan fluktuasi kerja: Kasus melawan teorema fluktuasi kuantum. arXiv; 2004. Tersedia dari: https://โ/โarxiv.org/โabs/โcond-mat/โ0408697.
https: / / arxiv.org/ abs / cond-mat / 0408697
[15] Perarnau-Llobet M, Bรคumer E, Hovhannisyan KV, Huber M, Acin A. Teorema No-Go untuk Karakterisasi Fluktuasi Kerja dalam Sistem Kuantum Koheren. Phys Rev Lett. 2017 Februari;118:070601. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevLett.118.070601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.070601
[16] Bรคumer E, Lostaglio M, Perarnau-Llobet M, Sampaio R. Dalam: Binder F, Correa LA, Gogolin C, Anders J, Adesso G, editor. Pekerjaan Berfluktuasi dalam Sistem Kuantum yang Koheren: Proposal dan Keterbatasan. Cham: Penerbitan Internasional Springer; 2018. hal. 275โ300. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1007/โ978-3-319-99046-0_11.
https:/โ/โdoi.org/โ10.1007/โ978-3-319-99046-0_11
[17] Allahverdyan AE. Fluktuasi kuantum tidak seimbang dari pekerjaan. Phys Rev E. 2014 Sep;90:032137. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevE.90.032137.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.90.032137
[18] Solinas P, Gasparinetti S. Distribusi penuh pekerjaan yang dilakukan pada sistem kuantum untuk keadaan awal yang berubah-ubah. Phys Rev E. 2015 Okt;92:042150. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevE.92.042150.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.92.042150
[19] Solinas P, Gasparinetti S. Menyelidiki efek interferensi kuantum dalam distribusi kerja. Phys Rev A. 2016 Nov;94:052103. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevA.94.052103.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.052103
[20] Miller HJD, Anders J. Distribusi kerja simetris pembalikan waktu untuk dinamika kuantum tertutup dalam kerangka sejarah. Jurnal Fisika Baru. 2017 Juni;19(6):062001. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1088/โ1367-2630/โaa703f.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa703f
[21] Lostaglio M. Quantum Fluktuasi Teorema, Kontekstualitas, dan Probabilitas Kuasi Kerja. Phys Rev Lett. 2018 Jan;120:040602. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevLett.120.040602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.040602
[22] Retribusi A, Lostaglio M. Distribusi Quasiprobabilitas untuk Fluktuasi Panas di Rezim Kuantum. kuantum PRX. 2020 Sep; 1:010309. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPRXQuantum.1.010309.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.1.010309
[23] Korzekwa K, Lostaglio M, Oppenheim J, Jennings D. Ekstraksi pekerjaan dari koherensi kuantum. Jurnal Fisika Baru. Februari 2016;18(2):023045. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1088/โ1367-2630/โ18/โ2/โ023045.
https:/โ/โdoi.org/โ10.1088/โ1367-2630/โ18/โ2/โ023045
[24] obejko M. Ketimpangan Hukum Kedua ketat untuk sistem kuantum koheren dan mandi panas ukuran terbatas. Komunikasi Alam. 2021 Februari;12(1):918. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1038/โs41467-021-21140-4.
https:/โ/โdoi.org/โ10.1038/โs41467-021-21140-4
[25] berg J. Teorema Fluktuasi Sepenuhnya Quantum. Phys Rev X. 2018 Februari;8:011019. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevX.8.011019.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011019
[26] Alhambra AM, Masanes L, Oppenheim J, Perry C. Pekerjaan Berfluktuasi: Dari Identitas Termodinamika Kuantum ke Persamaan Hukum Kedua. Phys Rev X. 2016 Okt;6:041017. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevX.6.041017.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.041017
[27] Brunner N, Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Qubit virtual, suhu virtual, dan dasar-dasar termodinamika. Phys Rev E. 2012 Mei;85:051117. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevE.85.051117.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.85.051117
[28] Skrzypczyk P, Short AJ, Popescu S. Bekerja ekstraksi dan termodinamika untuk sistem kuantum individu. Komunikasi Alam. 2014;5(1):4185. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1038/โncomms5185.
https://โ/โdoi.org/โ10.1038/โncomms5185
[29] Lipka-Bartosik P, Mazurek P, Horodecki M. Hukum kedua termodinamika untuk baterai dengan keadaan vakum. Kuantum. 2021 Mar;5:408. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2021-03-10-408.
https:/โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2021-03-10-408
[30] obejko M, Mazurek P, Horodecki M. Termodinamika Mesin Panas Kuantum Kopling Minimal. Kuantum. 2020 Des;4:375. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2020-12-23-375.
https:/โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2020-12-23-375
[31] Pusz W, Woronowicz SL. Status pasif dan status KMS untuk sistem kuantum umum. Fisika Matematika Comm. 1978;58(3):273โ290. Tersedia dari: https://โ/โprojecteuclid.org:443/โeuclid.cmp/โ1103901491.
https: / / projecteuclid.org:443/ euclid.cmp / 1103901491
[32] Allahverdyan AE, Balian R, Nieuwenhuizen TM. Ekstraksi kerja maksimal dari sistem kuantum hingga. Surat Eurofisika (EPL). agustus 2004;67(4):565โ571. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1209/โepl/โi2004-10101-2.
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2004-10101-2
[33] Perarnau-Llobet M, Hovhannisyan KV, Huber M, Skrzypczyk P, Tura J, Acรญn A. Status pasif paling energik. Phys Rev E. 2015 Okt;92:042147. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevE.92.042147.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.92.042147
[34] Horodecki M, Oppenheim J. Keterbatasan fundamental untuk termodinamika kuantum dan skala nano. Komunikasi Alam. 2013;4(1):2059. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1038/โncomms3059.
https://โ/โdoi.org/โ10.1038/โncomms3059
[35] Streltsov A, Adesso G, Plenio MB. Kolokium: Koherensi kuantum sebagai sumber daya. Rev Mod Phys. 2017 Oktober;89:041003. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โRevModPhys.89.041003.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.89.041003
[36] Hudson RL. Kapan kerapatan kuasi-probabilitas wigner non-negatif? Laporan Fisika Matematika. 1974;6(2):249โ252. Tersedia dari: https:/โ/โwww.sciencedirect.com/โscience/โarticle/โpii/โ003448777490007X.
https://www.sciencedirect.com/โscience/โarticle/โpii/โ003448777490007X
[37] Lostaglio M, Jennings D, Rudolph T. Deskripsi koherensi kuantum dalam proses termodinamika membutuhkan kendala di luar energi bebas. Komunikasi Alam. 2015 Mar;6(1):6383. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1038/โncomms7383.
https://โ/โdoi.org/โ10.1038/โncomms7383
[38] Lostaglio M, Korzekwa K, Jennings D, Rudolph T. Koherensi Kuantum, Simetri Waktu-Translasi, dan Termodinamika. Phys Rev X. 2015 Apr;5:021001. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevX.5.021001.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.5.021001
[39] Francica G, Binder FC, Guarnieri G, Mitchison MT, Goold J, Plastina F. Koherensi Kuantum dan Ergotropi. Phys Rev Lett. 2020 Okt;125:180603. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevLett.125.180603.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.180603
[40] Ushakov NG. Batas bawah dan atas untuk fungsi karakteristik. Jurnal Ilmu Matematika. 1997 Apr;84(3):1179โ1189. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1007/โBF02398431.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02398431
[41] Rudnicki L, Tasca DS, Walborn SP. Hubungan ketidakpastian untuk fungsi karakteristik. Phys Rev A. 2016 Februari;93:022109. Tersedia dari: https://โ/โdoi.org/โ10.1103/โPhysRevA.93.022109.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.022109
Dikutip oleh
Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.
