論文の概要: Quantum systems correlated with a finite bath: nonequilibrium dynamics and thermodynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.02184v2
• Date: Fri, 18 Dec 2020 11:11:13 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-07 02:14:36.828821
• Title: Quantum systems correlated with a finite bath: nonequilibrium dynamics and thermodynamics
• Title（参考訳）: 有限浴と相関する量子系:非平衡ダイナミクスと熱力学
• Authors: Andreu Riera-Campeny, Anna Sanpera, and Philipp Strasberg
• Abstract要約: システムバス相関を考慮に入れたマスター方程式を導出し、粗粒度では動的に進化する浴槽を含む。 私たちの研究は、エンジン、冷蔵庫、ヒートポンプなど、様々なナノスケールの量子技術を研究するための道を開いた。
• 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: Describing open quantum systems far from equilibrium is challenging, in particular when the environment is mesoscopic, when it develops nonequilibrium features during the evolution, or when the memory effects cannot be disregarded. Here, we derive a master equation that explicitly accounts for system-bath correlations and includes, at a coarse-grained level, a dynamically evolving bath. Such a master equation applies to a wide variety of physical systems including those described by Random Matrix Theory or the Eigenstate Thermalization Hypothesis. We obtain a local detailed balance condition which, interestingly, does not forbid the emergence of stable negative temperature states in unison with the definition of temperature through the Boltzmann entropy. We benchmark the master equation against the exact evolution and observe a very good agreement in a situation where the conventional Born-Markov-secular master equation breaks down. Interestingly, the present description of the dynamics is robust and it remains accurate even if some of the assumptions are relaxed. Even though our master equation describes a dynamically evolving bath not described by a Gibbs state, we provide a consistent nonequilibrium thermodynamic framework and derive the first and second law as well as the Clausius inequality. Our work paves the way for studying a variety of nanoscale quantum technologies including engines, refrigerators, or heat pumps beyond the conventionally employed assumption of a static thermal bath.
• Abstract（参考訳）: 特に、環境がメゾスコピックである場合、進化の間に非平衡の特徴が発達する場合、あるいは記憶効果が無視できない場合、開量子システムを記述することは困難である。 ここでは,システムバス相関を明示的に考慮し,粗粒度で動的に発展する浴槽を含むマスター方程式を導出する。 そのようなマスター方程式はランダム行列理論や固有状態熱化仮説で説明されるものを含む、幅広い物理系に適用される。 我々はボルツマンエントロピーによる温度の定義と一致して安定な負の温度状態の出現を妨げない局所的詳細バランス条件を得る。 従来のボルンマルコフ系列のマスター方程式が崩壊する状況において、マスター方程式を正確な進化に対してベンチマークし、非常に良い一致を観察する。 興味深いことに、現在の力学の記述は堅牢であり、仮定の一部が緩和されたとしても正確である。 主方程式はギブス状態によって記述されない動的に発展する浴場を記述するが、一貫した非平衡熱力学の枠組みを提供し、第1および第2法則とクラウシウスの不等式を導出する。 我々の研究は、従来の静的熱風呂の仮定を超えて、エンジン、冷蔵庫、ヒートポンプを含む様々なナノスケール量子技術を研究するための道を開いた。

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