Ekstrakcija ergotropije: vezava proste energije in uporaba v motorjih z odprtim ciklom

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Tanmoy Biswas¹, Marcin Łobejko¹, Paweł Mazurek¹, Konrad Jałowiecki²in Michał Horodecki¹

¹Mednarodni center za teorijo kvantnih tehnologij, Univerza v Gdansku, Wita Stwosza 63, 80–308 Gdansk, Poljska
²Inštitut za teoretično in uporabno informatiko Poljske akademije znanosti, Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Poljska

Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.

Minimalizem

Drugi zakon termodinamike uporablja spremembo proste energije makroskopskih sistemov za določitev meje opravljenega dela. Ergotropija igra podobno vlogo v mikroskopskih scenarijih in je opredeljena kot največja količina energije, ki jo je mogoče pridobiti iz sistema z enotno operacijo. V tej analizi kvantificiramo, koliko ergotropije je mogoče povzročiti na sistemu kot rezultat interakcije sistema s termalno kopeljo, z vidika uporabe kot vira dela, ki ga opravljajo mikroskopski stroji. Zagotavljamo temeljno mejo količine ergotropije, ki jo je mogoče na ta način pridobiti iz okolja. Meja je izražena z neravnovesno razliko proste energije in je lahko nasičena v meji neskončne razsežnosti hamiltoniana sistema. Postopek ekstrakcije ergotropije, ki vodi do te nasičenosti, je numerično analiziran za končnodimenzionalne sisteme. Poleg tega idejo ekstrakcije ergotropije iz okolja uporabimo pri načrtovanju novega razreda udarnih toplotnih motorjev, ki jih imenujemo motorji z odprtim ciklom. Učinkovitost in produktivnost dela teh strojev je mogoče popolnoma optimizirati za sisteme dimenzij 2 in 3, za višje dimenzije pa je predvidena numerična analiza.

► BibTeX podatki

@članek{Biswas2022extractionof, doi = {10.22331/q-2022-10-17-841}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-10-17-841}, title = {Ekstrakcija ergotropije: vezava proste energije in uporaba pri motorjih z odprtim ciklom}, avtor = {Biswas, Tanmoy in {L{}}obejko, Marcin in Mazurek, Pawe{l{}} in Ja{l{}}owiecki, Konrad in Horodecki, Micha{l{}}}, dnevnik = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, založnik = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, obseg = {6}, strani = {841}, mesec = oktober, leto = {2022} }

► Reference

[1] Åberg J. Ekstrakcija dela, ki je resnično podobna delu, z analizo enega posnetka. Nature Communications. 2013 jun;4(1):1925. Na voljo na: https:///doi.org/10.1038/ncomms2712.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms2712

[2] Seifert U. Prvi in drugi zakon termodinamike pri močni sklopki. Phys Rev Lett. 2016 Jan;116:020601. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.020601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.020601

[3] Strasberg P, Esposito M. Nemarkovskost in negativne stopnje proizvodnje entropije. Phys Rev E. 2019 Jan;99:012120. Dostopno na: 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. Drugi zakoni kvantne termodinamike. Zbornik Nacionalne akademije znanosti. 2015; 112 (11): 3275-9. Dostopno na: https:///doi.org/10.1073/pnas.1411728112.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112

[5] Skrzypczyk P, Short AJ, Popescu S. Ekstrakcija dela in termodinamika za posamezne kvantne sisteme. Nature Communications. 2014; 5 (1): 4185. Na voljo na: https:///doi.org/10.1038/ncomms5185.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5185

[6] Biswas T, Junior AdO, Horodecki M, Korzekwa K. Fluktuacijsko-disipacijska razmerja za termodinamične procese destilacije. Phys Rev E. 2022, maj; 105:054127. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.105.054127.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.105.054127

[7] Jarzynski C. Neravnotežna enakost za razlike prostih energij. Phys Rev Lett. 1997, april; 78: 2690-3. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.2690.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.2690

[8] Esposito M, Harbola U, Mukamel S. Neravnotežna nihanja, fluktuacijski izreki in statistika štetja v kvantnih sistemih. Rev Mod Phys. 2009 december;81:1665-702. Na voljo na: https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1665.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1665

[9] Campisi M, Hänggi P, Talkner P. Kolokvij: Kvantne fluktuacijske relacije: Temelji in aplikacije. Rev Mod Phys. 2011 julij;83:771-91. Na voljo na: 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. Nihajoče delo: od kvantnih termodinamičnih identitet do enakosti drugega zakona. Phys Rev X. 2016 oktober; 6:041017. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.6.041017.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.041017

[11] Allahverdyan AE, Balian R, Nieuwenhuizen TM. Največja ekstrakcija dela iz končnih kvantnih sistemov. Europhysics Letters (EPL). 2004 avgust;67(4):565-71. Na voljo od:.
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2004-10101-2

[12] Ruch E, Mead A. Načelo naraščajočega mešalnega značaja in nekatere njegove posledice. Theoretica chimica acta. 1976 Apr;41:042110. Dostopno na: https:///doi.org/10.1007/BF01178071.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01178071

[13] Alicki R, Fannes M. Pospeševanje zapletenosti za izločljivo delo iz skupin kvantnih baterij. Physical Review E. 2013, april; 87 (4). Dostopno na: 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: močno polnjenje kvantnih baterij. New Journal of Physics. 2015 jul;17(7):075015. Dostopno na: 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. Izboljšanje polnilne moči kvantnih baterij. Phys Rev Lett. 2017 Apr;118:150601. Dostopno na: 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. Energetski stroški ekstrakcije dela. Phys Rev Lett. 2020 Mar;124:130601. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.130601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.130601

[17] Hovhannisyan KV, Barra F, Imparato A. Polnjenje s pomočjo termalizacije. Phys Rev Research. 2020 Sep; 2:033413. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033413.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033413

[18] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Struktura pasivnih stanj in njene posledice pri polnjenju kvantnih baterij. Phys Rev E. 2020, avgust; 102:022106. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.102.022106.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.102.022106

[19] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Vezava na ergotropno vrzel za bipartitna ločljiva stanja. Phys Rev A. 2019 maj;99:052320. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.052320.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052320

[20] Puliyil S, Banik M, Alimuddin M. Termodinamični podpisi resnične večdelne prepletenosti. Phys Rev Lett. 2022 avgust;129:070601. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.070601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.070601

[21] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Neodvisnost dela in entropije za enako energijske končne kvantne sisteme: energija pasivnega stanja kot kvantifikator zapletenosti. Phys Rev E. 2020 julij;102:012145. Dostopno na: 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. Kvantna koherenca in ergotropija. Phys Rev Lett. oktober 2020;125:180603. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.180603.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.180603

[23] Sone A, Deffner S. Kvantna in klasična ergotropija iz relativnih entropij. Entropija. 2021; 23 (9). Dostopno na: https:///doi.org/10.3390/e23091107.
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23091107

[24] Pusz W, Woronowicz SL. Pasivna stanja in KMS stanja za splošne kvantne sisteme. Comm Math Phys. 1978;58(3):273-90. Dostopno na: https:///doi.org/10.1007/BF01614224.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01614224

[25] Sparaciari C, Jennings D, Oppenheim J. Energetska nestabilnost pasivnih stanj v termodinamiki. Nature Communications. 2017 december;8(1):1895. Dostopno na: 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. Termodinamika kvantnih toplotnih motorjev z minimalno sklopitvijo. Kvantna. 2020 december; 4:375. Dostopno na: https:///doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375.
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375

[27] Łobejko M. Tesna neenakost drugega zakona za koherentne kvantne sisteme in toplotne kopeli končne velikosti. Nature Communications. 2021, februar; 12 (1): 918. Dostopno na: https:///doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4

[28] Scovil HED, Schulz-DuBois EO. Trinivojski maserji kot toplotni motorji. Phys Rev Lett. 1959 Mar;2:262-3. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.262.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.2.262

[29] Scully MO. Quantum Afterburner: Izboljšanje učinkovitosti idealnega toplotnega stroja. Phys Rev Lett. 2002 Jan;88:050602. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.050602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.050602

[30] Jacobs K. Kvantne meritve in prvi zakon termodinamike: Cena energije meritve je delovna vrednost pridobljenih informacij. Physical Review E. 2012 oktober;86(4). Dostopno na: 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. Vloga kvantnih informacij v termodinamiki – aktualni pregled. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. 2016, februar;49(14):143001. Dostopno na: 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. Drugi zakon termodinamike pod nadzornimi omejitvami. Physical Review E. 2016, april; 93 (4). Dostopno na: 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. 2018 Mar;120:120602. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.120602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.120602

[34] Alicki R. Kvantni odprti sistem kot model toplotnega stroja. Journal of Physics A: Mathematical and General. 1979 maj; 12 (5): L103-7. Dostopno na: 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. Termodinamični pomen negativne entropije. Narava. 2011 jun;474(7349):61-3. Na voljo od:.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10123

[36] Horodecki M, Horodecki P, Oppenheim J. Reverzibilne transformacije iz čistih v mešana stanja in edinstveno merilo informacij. Phys Rev A. 2003 Jun;67:062104. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.67.062104.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.062104

[37] Horodecki M, Oppenheim J. Temeljne omejitve za kvantno in nanometrsko termodinamiko. Nature Communications. 2013;4(1):2059. Na voljo na: https:///doi.org/10.1038/ncomms3059.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059

[38] Åberg J. Katalitična koherenca. Phys Rev Lett. 2014 oktober;113:150402. Dostopno na: 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. Omejitve katalize v kvantni termodinamiki. New Journal of Physics. 2015 avgust;17(8):085004. Na voljo od:.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/8/085004

[40] Brunner N, Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Virtualni kubiti, virtualne temperature in temelji termodinamike. Phys Rev E. 2012, maj;85:051117. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.85.051117.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.85.051117

[41] Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Najmanjši možni toplotni stroji. arXiv:10106029. 2010. Dostopno na: 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. Avtonomni kvantni stroj za merjenje termodinamične puščice časa. npj Kvantne informacije. 2018 november; 4:59. Dostopno na: 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. Avtonomni rotorski toplotni motor. Phys Rev E. 2017 Jun;95:062131. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.95.062131.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.95.062131

[44] Kosloff R, Levy A. Kvantni toplotni motorji in hladilniki: neprekinjene naprave. Letni pregled fizikalne kemije. 2014;65(1):365-93. Dostopno na: 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. Koncepti dela v avtonomnih kvantnih toplotnih motorjih. Kvantna. 2019 oktober; 3:195. Dostopno na: 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 MT, et al. Spin Heat Engine, povezan z vztrajnikom harmoničnega oscilatorja. Phys Rev Lett. 2019 avgust;123:080602. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.080602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.080602

[47] Singh V. Optimalno delovanje trinivojskega kvantnega toplotnega stroja in univerzalna narava učinkovitosti. Phys Rev Research. Nov 2020; 2:043187. Dostopno na: 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. Prenos energije s polnilnikom v natančno rešljivih modelih za kvantne baterije. Phys Rev B. 2018 Nov;98:205423. Dostopno na: 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. Izvlečno delo, vloga korelacije in asimptotična svoboda v kvantnih baterijah. Phys Rev Lett. 2019 februar;122:047702. Dostopno na: 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. Termodinamični stroški zanesljivosti in nizke temperature: Zaostrovanje Landauerjevega načela in drugega zakona. Int J Theor Phys. 2000 december;39(12):2717-53. Dostopno na: https:///doi.org/10.1023/A:1026422630734.
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026422630734

[51] Streater RF. Statistična dinamika: Stohastični pristop k neravnotežni termodinamiki (2. izdaja). World Scientific Publishing Company; 2009. Dostopno na: https:///books.google.pl/books?id=Is42DwAAQBAJ.
https:///books.google.pl/books?id=Is42DwAAQBAJ

[52] Barra F. Disipativno polnjenje kvantne baterije. Physical Review Letters. 2019 maj; 122 (21). Na voljo od:.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.210601

[53] Mazurek P, Horodecki M. Razgradljivost in konveksna struktura toplotnih procesov. New Journal of Physics. 2018 maj;20(5):053040. Dostopno na: https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aac057.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aac057

[54] Mazurek P. Toplotni procesi in dosegljivost stanja. Phys Rev A. 2019, april; 99:042110. Dostopno na: https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.042110.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.042110

Navedel

[1] RR Rodriguez, B. Ahmadi, G. Suarez, P. Mazurek, S. Barzanjeh in P. Horodecki, »Optimalen kvantni nadzor polnjenja kvantnih baterij«, arXiv: 2207.00094.

Zgornji citati so iz SAO / NASA ADS (zadnjič posodobljeno 2022-10-17 14:07:51). Seznam je morda nepopoln, saj vsi založniki ne dajejo ustreznih in popolnih podatkov o citiranju.

Pridobitve ni bilo mogoče Crossref citirani podatki med zadnjim poskusom 2022-10-17 14:07:49: Citiranih podatkov za 10.22331 / q-2022-10-17-841 od Crossrefa ni bilo mogoče pridobiti. To je normalno, če je bil DOI registriran pred kratkim.

Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.