論文の概要: The tight Second Law inequality for coherent quantum systems and finite-size heat baths

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.05278v1
• Date: Wed, 12 Aug 2020 12:54:40 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-06 11:36:33.383491
• Title: The tight Second Law inequality for coherent quantum systems and finite-size heat baths
• Title（参考訳）: コヒーレント量子系と有限サイズ熱浴における厳密な第二法則の不等式
• Authors: Marcin {\L}obejko
• Abstract要約: 我々は、非平衡量子状態から抽出可能な仕事の厳密な境界を定義する第二法則の不等式の新しい形式を提案する。 特に、コヒーレンスにおけるロックエネルギーの式、すなわち、仕事として抽出できない量子的寄与を導出し、熱力学の限界を解明する。
• 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 propose a new form of the Second Law inequality that defines a tight bound for extractable work from the non-equilibrium quantum state. In classical thermodynamics, the optimal work is given by the difference of free energy, what according to the result of Skrzypczyk \emph{et al.} can be generalized for individual quantum systems. The saturation of this bound, however, requires an infinite bath and an ideal energy storage that is able to extract work from coherences. The new inequality, defined in terms of the ergotropy (rather than free energy), incorporates both of those important microscopic effects. In particular, we derive a formula for the locked energy in coherences, i.e. a quantum contribution that cannot be extracted as a work, and we find out its thermodynamic limit. Furthermore, we establish a general relation between ergotropy and free energy of the arbitrary quantum system coupled to the heat bath, what reveals that the latter is indeed the ultimate thermodynamic bound regarding work extraction, and shows that ergotropy can be interpreted as the generalization of the free energy for the finite-size heat baths.
• Abstract（参考訳）: 非平衡量子状態から抽出可能な仕事の厳密な境界を定義する第二法則の不等式の新しい形式を提案する。 古典的熱力学において、最適仕事は自由エネルギーの差によって与えられるが、これはskrzypczyk \emph{et al の結果に従う。 個々の量子系に対して一般化することができる。 しかし、この境界の飽和は無限の浴とコヒーレンスから仕事を引き出すことができる理想的なエネルギー貯蔵を必要とする。 新しい不等式は(自由エネルギーではなく)エルゴトロピーで定義されるが、どちらも重要な顕微鏡効果を取り入れている。 特に、コヒーレンスにおける閉じ込められたエネルギー、すなわち仕事として抽出できない量子寄与の公式を導出し、その熱力学的限界を見つける。 さらに,熱浴に結合した任意の量子系のエルゴトロピーと自由エネルギーの一般関係を確立し,エルゴトロピーがワーク抽出に関する究極の熱力学結合であることを明らかにし,有限サイズの熱浴に対する自由エネルギーの一般化と解釈できることを示した。

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