論文の概要: Quantum field thermal machines

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2006.01177v4
• Date: Mon, 19 Jul 2021 19:02:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-17 11:20:44.295194
• Title: Quantum field thermal machines
• Title（参考訳）: 量子場熱機械
• Authors: M. Gluza, J. Sabino, N. H. Y. Ng, G. Vitagliano, M. Pezzutto, Y. Omar, I. Mazets, M. Huber, J. Schmiedmayer, J. Eisert
• Abstract要約: 本稿では,1次元超低温原子ガスにおける量子マシンの実現方法を提案する。 本研究では, ピストンとして使用するシステムの圧縮モデルを提案し, 熱流を制御するバルブを生じる浴槽に結合する。 この方法で達成されたアクティブ冷却は、既存の冷却方法が非効率になったレジームで動作することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Recent years have enjoyed an overwhelming interest in quantum thermodynamics, a field of research aimed at understanding thermodynamic tasks performed in the quantum regime. Further progress, however, seems to be obstructed by the lack of experimental implementations of thermal machines in which quantum effects play a decisive role. In this work, we introduce a blueprint of quantum field machines, which - once experimentally realized - would fill this gap. Even though the concept of the QFM presented here is very general and can be implemented in any many body quantum system that can be described by a quantum field theory. We provide here a detailed proposal how to realize a quantum machine in one-dimensional ultra-cold atomic gases, which consists of a set of modular operations giving rise to a piston. These can then be coupled sequentially to thermal baths, with the innovation that a quantum field takes up the role of the working fluid. In particular, we propose models for compression on the system to use it as a piston, and coupling to a bath that gives rise to a valve controlling heat flow. These models are derived within Bogoliubov theory, which allows us to study the operational primitives numerically in an efficient way. By composing the numerically modelled operational primitives we design complete quantum thermodynamic cycles that are shown to enable cooling and hence giving rise to a quantum field refrigerator. The active cooling achieved in this way can operate in regimes where existing cooling methods become ineffective. We describe the consequences of operating the machine at the quantum level and give an outlook of how this work serves as a road map to explore open questions in quantum information, quantum thermodynamic and the study of non-Markovian quantum dynamics.
• Abstract（参考訳）: 近年、量子状態における熱力学的タスクを理解することを目的とした研究分野である量子熱力学に圧倒的な関心が寄せられている。 しかし、量子効果が決定的な役割を果たす熱機械の実験的な実装が欠如していることにより、さらなる進歩は妨げられているようである。 本研究では, 量子場マシンのブループリントを導入し, 一度実験的に実現すれば, このギャップを埋める。 ここで提示される QFM の概念は非常に一般的であり、量子場理論によって記述できる多くの体量子系に実装することができる。 本稿では、ピストンを発生させるモジュラー操作からなる1次元超冷原子ガスにおいて、量子マシンを実現する方法についての詳細な提案を行う。 これらは、量子場が作動流体の役割を担っているという革新とともに、熱浴に順次結合することができる。 特に,ピストンとして使用する系の圧縮モデルを提案し,熱流を制御する弁を発生させる浴槽に結合する。 これらのモデルはボゴリボフ理論内で導出され、演算プリミティブを効率的に数値的に研究することができる。 数値モデルでモデル化された操作プリミティブを構成することで、冷却を可能にして量子場冷凍機を生じることを示す完全な量子熱力学サイクルを設計する。 この方法で達成されたアクティブ冷却は、既存の冷却方法が効果的でない状態で動作することができる。 量子レベルでマシンを操作する結果を説明し、この研究が量子情報、量子熱力学、非マルコフ量子力学の研究におけるオープンな質問を探索するためのロードマップとしてどのように機能するかを概観する。

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