論文の概要: Nonequilibrium quantum thermodynamics of determinantal many-body
systems: Application to the Tonks-Girardeau and ideal Fermi gases
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2005.07313v2
- Date: Mon, 12 Oct 2020 11:07:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-20 03:24:12.489795
- Title: Nonequilibrium quantum thermodynamics of determinantal many-body
systems: Application to the Tonks-Girardeau and ideal Fermi gases
- Title（参考訳）: 行列多体系の非平衡量子熱力学:トンクス・ジラルドーと理想フェルミ気体への応用
- Authors: Y. Y. Atas, A. Safavi-Naini, and K. V. Kheruntsyan
- Abstract要約: 我々は,量子多体系の作業分布の特性関数を計算するための一般手法を開発した。
結果は、1次元(1D)のスピンレスフェルミオンの理想気体、ハードコアボソンのトンクス・ジラルドー(TG)ガス、ハードコアエノンの1Dガスなど幅広いシステムに適用できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We develop a general approach for calculating the characteristic function of
the work distribution of quantum many-body systems in a time-varying potential,
whose many-body wave function can be cast in the Slater determinant form. Our
results are applicable to a wide range of systems including an ideal gas of
spinless fermions in one dimension (1D), the Tonks-Girardeau (TG) gas of
hard-core bosons, as well as a 1D gas of hard-core anyons. In order to
illustrate the utility of our approach, we focus on the TG gas confined to an
arbitrary time-dependent trapping potential. In particular, we use the
determinant representation of the many-body wave function to characterize the
nonequilibrium thermodynamics of the TG gas and obtain exact and
computationally tractable expressions---in terms of Fredholm determinants---for
the mean work, the work probability distribution function, the nonadiabaticity
parameter, and the Loschmidt amplitude. When applied to a harmonically trapped
TG gas, our results for the mean work and the nonadiabaticity parameter reduce
to those derived previously using an alternative approach. We next propose to
use periodic modulation of the trap frequency in order to drive the system to
highly non-equilibrium states by taking advantage of the phenomenon of
parametric resonance. Under such driving protocol, the nonadiabaticity
parameter may reach large values, which indicates a large amount of
irreversible work being done on the system as compared to sudden quench
protocols considered previously. This scenario is realizable in ultracold atom
experiments, aiding fundamental understanding of all thermodynamic properties
of the system.
- Abstract（参考訳）: 本研究では,多体波動関数をスレーター決定式にキャスト可能な時間変化ポテンシャルで量子多体系の作業分布の特性関数を計算するための一般手法を開発した。
この結果は、1次元(1次元)のスピンレスフェルミオンの理想気体、ハードコアボソンのトンクス・ジラルドー(TG)ガス、ハードコアエノンの1次元ガスなど幅広いシステムに適用できる。
提案手法の有用性を説明するため, 任意の時間依存トラップ電位に制限されたTGガスに着目した。
特に、多体波動関数の行列式表現を用いて、tgガスの非平衡熱力学を特徴付け、フレドホルム行列式を用いて、平均仕事、作業確率分布関数、非断熱パラメータ、ロスシュミット振幅を求める。
調和的に閉じ込められたtgガスに適用すると, 平均作業および非断熱性パラメータは, 従来の代替手法で導出した値に減少する。
次に,パラメトリック共鳴現象を生かして,トラップ周波数の周期的変調を行い,非平衡状態へとシステムを動かすことを提案する。
このような駆動プロトコルの下では、非可逆性パラメータは、以前に考慮された急激なクエンチプロトコルと比較して、システム上で大量の不可逆的な作業が行われていることを示す大きな値に達する可能性がある。
このシナリオは超低温原子実験において実現可能であり、系のすべての熱力学特性の基本的な理解を助ける。
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