1Trung tâm Quốc tế về Lý thuyết Công nghệ Lượng tử, Đại học Gdansk, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdansk, Ba Lan
2Viện Tin học Ứng dụng và Lý thuyết, Viện Hàn lâm Khoa học Ba Lan, Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Ba Lan
Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.
Tóm tắt
Định luật thứ hai của nhiệt động lực học sử dụng sự thay đổi năng lượng tự do của các hệ vĩ mô để đặt ra giới hạn cho công thực hiện. Ergotropy đóng vai trò tương tự trong các tình huống vi mô và được định nghĩa là lượng năng lượng tối đa có thể được lấy ra khỏi hệ thống bằng một hoạt động đơn nhất. Trong phân tích này, chúng tôi định lượng mức độ ergotropy có thể được tạo ra trên một hệ thống do sự tương tác của hệ thống với bể nhiệt, với quan điểm sử dụng nó làm nguồn công việc được thực hiện bởi các máy cực nhỏ. Chúng tôi cung cấp giới hạn cơ bản về lượng ergotropy có thể được chiết xuất từ môi trường theo cách này. Giới hạn được biểu thị dưới dạng chênh lệch năng lượng tự do không cân bằng và có thể bão hòa trong giới hạn chiều vô hạn của Hamiltonian của hệ thống. Quá trình trích xuất ergotropy dẫn đến độ bão hòa này được phân tích số cho các hệ hữu hạn chiều. Hơn nữa, chúng tôi áp dụng ý tưởng khai thác công thái học từ môi trường trong thiết kế một loại động cơ nhiệt hành trình mới mà chúng tôi gọi là động cơ chu trình mở. Hiệu quả và năng suất làm việc của những máy này có thể được tối ưu hóa hoàn toàn cho các hệ thống có kích thước 2 và 3, đồng thời cung cấp phân tích số cho các kích thước cao hơn.
► Dữ liệu BibTeX
► Tài liệu tham khảo
[1] Åberg J. Trích xuất công việc thực sự giống như công việc thông qua phân tích một lần. Truyền thông bản chất. 2013 Tháng 4; 1 (1925): 10.1038. Có tại: https: / / doi.org/ 2712 / ncommsXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms2712
[2] Seifert U. Định luật nhiệt động lực học thứ nhất và thứ hai ở mối ghép mạnh. Phys Rev Lett. Tháng 2016 năm 116; 020601: 10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 116.020601 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.020601
[3] Strasberg P, Esposito M. Non-Markovianity và tỷ lệ sản xuất entropy âm. Phys Rev E. 2019 Jan; 99: 012120. Có tại: 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. Các định luật thứ hai của nhiệt động lực học lượng tử. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia. 2015; 112 (11): 3275-9. Có tại: https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112
[5] Skrzypczyk P, AJ ngắn, Popescu S. Khai thác công việc và nhiệt động lực học cho các hệ lượng tử riêng lẻ. Truyền thông bản chất. 2014; 5 (1): 4185. Có tại: https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5185.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5185
[6] Biswas T, Junior AdO, Horodecki M, Korzekwa K. Các mối quan hệ dao động-phân tán đối với các quá trình chưng cất nhiệt động lực học. Phys Rev E. 2022 tháng 105; 054127: 10.1103. Có sẵn từ: https: / / doi.org/ 105.054127 / PhysRevE.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.105.054127
[7] Jarzynski C. Bình đẳng không cân bằng cho sự khác biệt năng lượng tự do. Phys Rev Lett. 1997 Tháng 78; 2690: 3-10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 78.2690 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.2690
[8] Esposito M, Harbola U, Mukamel S. Dao động không cân bằng, định lý dao động và số liệu thống kê đếm trong hệ lượng tử. Rev Mod Phys. Tháng 2009 năm 81; 1665: 702-10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 81.1665 / RevModPhys.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1665
[9] Campisi M, Hänggi P, Talkner P. Colloquium: Quan hệ dao động lượng tử: Cơ sở và ứng dụng. Rev Mod Phys. 2011 Tháng 83; 771: 91-10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 83.771 / RevModPhys.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.83.771
[10] Alhambra AM, Masanes L, Oppenheim J, Perry C. Công việc dao động: Từ đồng nhất nhiệt động lượng tử đến bình đẳng luật thứ hai. Phys Rev X. 2016 Tháng 6; 041017: 10.1103. Có sẵn từ: https: / / doi.org/ 6.041017 / PhysRevX.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.041017
[11] Allahverdyan AE, Balian R, Nieuwenhuizen TM. Khai thác công việc tối đa từ các hệ lượng tử hữu hạn. Europhysics Letters (EPL). 2004 tháng 67; 4 (565): 71-XNUMX. Có sẵn từ:.
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2004-10101-2
[12] Ruch E, Mead A. Nguyên tắc tăng độ pha trộn và một số hệ quả của nó. Theoretica chimica acta. Năm 1976 tháng 41; 042110: 10.1007. Có tại: https: / / doi.org/ 01178071 / BFXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01178071
[13] Alicki R, Fannes M. Tăng sự hấp dẫn cho công việc có thể trích xuất từ các cụm pin lượng tử. Đánh giá vật lý E. Tháng 2013 năm 87; 4 (10.1103). Có tại: http: / / doi.org/ 87.042123 / PhysRevE.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.87.042123
[14] Binder FC, Vinjanampathy S, Modi K, Goold J. Quantacell: sạc pin lượng tử cực mạnh. Tạp chí Vật lý mới. Tháng 2015 năm 17; 7 (075015): 10.1088. Có tại: https: / / doi.org/ 1367 / 2630-17 / 7/075015/XNUMX.
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. Tăng cường khả năng sạc của pin lượng tử. Phys Rev Lett. 2017 Tháng 118; 150601: 10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 118.150601 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.150601
[16] Monsel J, Fellous-Asiani M, Huard B, Auffèves A. Chi phí năng lượng cho công việc bị cắt giảm. Phys Rev Lett. 2020 tháng 124; 130601: 10.1103. Có sẵn từ: https: / / doi.org/ 124.130601 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.130601
[17] Hovhannisyan KV, Barra F, Imparato A. Sạc được hỗ trợ bằng nhiệt hóa. Nghiên cứu Phys Rev. 2020 Tháng 2; 033413: 10.1103. Có sẵn từ: https: / / doi.org/ 2.033413 / PhysRevResearch.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033413
[18] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Cấu trúc của trạng thái thụ động và ý nghĩa của nó trong việc sạc pin lượng tử. Phys Rev E. 2020 Tháng 102; 022106: 10.1103. Có sẵn từ: https: / / doi.org/ 102.022106 / PhysRevE.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.102.022106
[19] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Ràng buộc trên khoảng trống ergotropic cho các trạng thái phân tách hai bên. Phys Rev A. 2019 tháng 99; 052320: 10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 99.052320 / PhysRevA.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052320
[20] Puliyil S, Banik M, Alimuddin M. Các dấu hiệu nhiệt động lực học của sự vướng víu đa thành phần thực sự. Phys Rev Lett. 2022 tháng 129; 070601: 10.1103. Có sẵn từ: https: / / doi.org/ 129.070601 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.070601
[21] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Độc lập về công việc và entropy đối với các hệ lượng tử hữu hạn năng lượng bằng nhau: Năng lượng trạng thái thụ động như một bộ định lượng vướng víu. Phys Rev E. 2020 Tháng 102; 012145: 10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 102.012145 / PhysRevE.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.102.012145
[22] Francica G, Binder FC, Guarnieri G, Mitchison MT, Goold J, Plastina F. Quantum Coherence và Ergotropy. Phys Rev Lett. 2020 Tháng 125; 180603: 10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 125.180603 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.180603
[23] Sone A, Deffner S. Quantum and Classical Ergotropy from Relative Entropies. Sự hỗn loạn. Năm 2021; 23 (9). Có tại: https: / / doi.org/ 10.3390 / e23091107.
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23091107
[24] Pusz W, Woronowicz SL. Trạng thái thụ động và trạng thái KMS cho các hệ lượng tử chung. Comm Math Phys. 1978; 58 (3): 273-90. Có tại: https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01614224.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01614224
[25] Sparaciari C, Jennings D, Oppenheim J. Tính không ổn định năng lượng của trạng thái thụ động trong nhiệt động lực học. Truyền thông bản chất. 2017 Tháng mười hai; 8 (1): 1895. Có tại: 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. Nhiệt động lực học của động cơ nhiệt lượng tử khớp nối tối thiểu. Lượng tử. 2020 Tháng 4; 375: 10.22331. Có tại: https: / / doi.org/ 2020 / q-12-23-375-XNUMX.
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375
[27] Łobejko M. Bất đẳng thức Định luật thứ hai chặt chẽ cho các hệ lượng tử kết hợp và bể nhiệt có kích thước hữu hạn. Truyền thông bản chất. 2021 tháng 12; 1 (918): 10.1038. Có tại: https: / / doi.org/ 41467 / s021-21140-4-XNUMX.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4
[28] Scovil HED, Schulz-DuBois EO. Mặt nạ ba cấp làm động cơ nhiệt. Phys Rev Lett. 1959 tháng 2; 262: 3-10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 2.262 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.2.262
[29] Scully MO. Bộ đốt sau lượng tử: Cải thiện hiệu quả của một động cơ nhiệt lý tưởng. Phys Rev Lett. Tháng 2002 năm 88; 050602: 10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 88.050602 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.050602
[30] Jacobs K. Phép đo lượng tử và định luật đầu tiên của nhiệt động lực học: Chi phí năng lượng của phép đo là giá trị công việc của thông tin thu được. Đánh giá Vật lý E. 2012 Tháng 86; 4 (10.1103). Có tại: http: / / doi.org/ 86.040106 / PhysRevE.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.86.040106
[31] Goold J, Huber M, Riera A, Rio Ld, Skrzypczyk P. Vai trò của thông tin lượng tử trong nhiệt động lực học — một đánh giá chuyên đề. Tạp chí Vật lý A: Toán học và Lý thuyết. 2016 Tháng 49; 14 (143001): 10.1088. Có tại: http: / / doi.org/ 1751/8113-49/14/143001/XNUMX.
https://doi.org/10.1088/1751-8113/49/14/143001
[32] Wilming H, Gallego R, Eisert J. Định luật thứ hai của nhiệt động lực học dưới các hạn chế kiểm soát. Đánh giá Vật lý E. 2016 Tháng 93; 4 (10.1103). Có sẵn từ: http: / / doi.org/ 93.042126 / PhysRevE.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.93.042126
[33] Perarnau-Llobet M, Wilming H, Riera A, Gallego R, Eisert J. Hiệu chỉnh khớp nối mạnh trong Nhiệt động lực học lượng tử. Phys Rev Lett. 2018 Tháng 120; 120602: 10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 120.120602 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.120602
[34] Alicki R. Hệ thống mở lượng tử như một mô hình của động cơ nhiệt. Tạp chí Vật lý A: Toán học và Đại cương. Năm 1979 có thể; 12 (5): L103-7. Có tại: 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. Ý nghĩa nhiệt động lực học của entropy âm. Thiên nhiên. 2011 jun; 474 (7349): 61-3. Có sẵn từ:.
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên10123
[36] Horodecki M, Horodecki P, Oppenheim J. Các phép biến đổi có thể đảo ngược từ trạng thái thuần túy sang hỗn hợp và là thước đo thông tin duy nhất. Phys Rev A. 2003 Tháng sáu; 67: 062104. Có tại: https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.062104.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.062104
[37] Horodecki M, Oppenheim J. Những hạn chế cơ bản đối với nhiệt động lực học lượng tử và kích thước nano. Truyền thông bản chất. 2013; 4 (1): 2059. Có tại: https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059
[38] Åberg J. Tính liên kết xúc tác. Phys Rev Lett. 2014 Tháng 113; 150402: 10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 113.150402 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.150402
[39] Ng NHY, Mancinska L, Cirstoiu C, Eisert J, Wehner S. Giới hạn xúc tác trong nhiệt động lực học lượng tử. Tạp chí Vật lý mới. 2015 tháng 17; 8 (085004): XNUMX. Có sẵn từ:.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/8/085004
[40] Brunner N, Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Qubit ảo, nhiệt độ ảo và cơ sở của nhiệt động lực học. Phys Rev E. 2012 Tháng 85; 051117: 10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 85.051117 / PhysRevE.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.85.051117
[41] Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Các động cơ nhiệt nhỏ nhất có thể. arXiv: 10106029. 2010. Có tại: 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. Một cỗ máy lượng tử tự hành để đo mũi tên nhiệt động lực học của thời gian. npj Thông tin lượng tử. 2018 Tháng 4; 59: 10.1038. Có tại: https: / / doi.org/ 41534 / s018-0109-8-XNUMX.
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0109-8
[43] Roulet A, Nimmrichter S, Arrazola JM, Seah S, Scarani V. Động cơ nhiệt rôto tự động. Phys Rev E. 2017 Tháng 95; 062131: 10.1103. Có sẵn từ: https: / / doi.org/ 95.062131 / PhysRevE.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.95.062131
[44] Kosloff R, Levy A. Động cơ nhiệt lượng tử và tủ lạnh: Thiết bị liên tục. Ôn tập hàng năm của Hóa lý. 2014; 65 (1): 365-93. Có sẵn từ: 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. Các khái niệm về công việc trong động cơ nhiệt lượng tử tự trị. Lượng tử. 2019 tháng 3; 195: 10.22331. Có tại: https: / / doi.org/ 2019 / q-10-14-195-XNUMX.
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. Động cơ nhiệt quay được kết hợp với một bánh đà dao động điều hòa. Phys Rev Lett. Tháng 2019 năm 123; 080602: 10.1103. Có sẵn từ: https: / / doi.org/ 123.080602 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.080602
[47] Singh V. Hoạt động tối ưu của động cơ nhiệt lượng tử ba cấp và bản chất phổ quát của hiệu suất. Nghiên cứu Phys Rev. 2020 tháng 2; 043187: 10.1103. Có sẵn từ: https: / / doi.org/ 2.043187 / PhysRevResearch.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043187
[48] Andolina GM, Farina D, Mari A, Pellegrini V, Giovannetti V, Polini M. Truyền năng lượng qua trung gian bộ sạc trong các mô hình có thể giải quyết chính xác cho pin lượng tử. Phys Rev B. 2018 Tháng 98; 205423: 10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 98.205423 / PhysRevB.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.205423
[49] Andolina GM, Keck M, Mari A, Campisi M, Giovannetti V, Polini M. Tác phẩm có thể trích xuất, Vai trò của các mối tương quan và Tự do tiệm cận trong Pin lượng tử. Phys Rev Lett. Tháng 2019 năm 122; 047702: 10.1103. Có sẵn từ: https: / / doi.org/ 122.047702 / PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.047702
[50] Janzing D, Wocjan P, Zeier R, Geiss R, Beth T. Chi phí nhiệt động lực học của độ tin cậy và nhiệt độ thấp: Thắt chặt Nguyên lý Landauer và Định luật thứ hai. Lý thuyết Int J. 2000 tháng 39;12(2717):53-10.1023. Có sẵn từ: https:///doi.org/1026422630734/A:XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026422630734
[51] Sóng RF. Động lực học thống kê: Phương pháp tiếp cận ngẫu nhiên đối với nhiệt động lực học không cân bằng (Tái bản lần thứ 2). Công ty Xuất bản Khoa học Thế giới; 2009. Có sẵn từ: https: / / books.google.pl/ books? Id = Is42DwAAQBAJ.
https: / / books.google.pl/ books? id = Is42DwAAQBAJ
[52] Barra F. Sạc tiêu hao pin lượng tử. Thư đánh giá vật lý. 2019 có thể; 122 (21). Có sẵn từ:.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.210601
[53] Mazurek P, Horodecki M. Tính phân hủy và cấu trúc lồi của các quá trình nhiệt. Tạp chí Vật lý mới. 2018 có thể; 20 (5): 053040. Có tại: https: / / doi.org/ 10.1088/1367-2630 / aac057.
https: / / doi.org/ 10.1088/1367-2630 / aac057
[54] Mazurek P. Các quy trình nhiệt và khả năng đạt được trạng thái. Phys Rev A. 2019 Tháng 99; 042110: 10.1103. Có tại: https: / / doi.org/ 99.042110 / PhysRevA.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.042110
Trích dẫn
[1] RR Rodriguez, B. Ahmadi, G. Suarez, P. Mazurek, S. Barzanjeh và P. Horodecki, “Kiểm soát lượng tử tối ưu khi sạc pin lượng tử”, arXiv: 2207.00094.
Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2022 / 10-17 14:07:51). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.
Không thể tìm nạp Crossref trích dẫn bởi dữ liệu trong lần thử cuối cùng 2022 / 10-17 14:07:49: Không thể tìm nạp dữ liệu được trích dẫn cho 10.22331 / q-2022 / 10-17-841 từ Crossref. Điều này là bình thường nếu DOI đã được đăng ký gần đây.
Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.
