論文の概要: Maximum power heat engines and refrigerators in the fast-driving regime
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2010.00586v2
- Date: Wed, 16 Jun 2021 23:26:09 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-30 11:59:31.525786
- Title: Maximum power heat engines and refrigerators in the fast-driving regime
- Title（参考訳）: 高速運転システムにおける最大熱機関と冷凍機
- Authors: Vasco Cavina, Paolo A. Erdman, Paolo Abiuso, Leonardo Tolomeo and
Vittorio Giovannetti
- Abstract要約: 本研究では, 周期駆動熱機械の性能の最適化について検討する。
熱機関の抽出電力, 冷凍機の冷却電力, および一般には熱電流の線形結合を普遍的に最大化する最適サイクルを導出する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3999481573773072
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We study the optimization of the performance of arbitrary periodically driven
thermal machines. Within the assumption of fast modulation of the driving
parameters, we derive the optimal cycle that universally maximizes the
extracted power of heat engines, the cooling power of refrigerators, and in
general any linear combination of the heat currents. We denote this optimal
solution as ``generalized Otto cycle'' since it shares the basic structure with
the standard Otto cycle, but it is characterized by a greater number of fast
strokes. We bound this number in terms of the dimension of the Hilbert space of
the system used as working fluid. The generality of these results allows for a
widespread range of applications, such as reducing the computational complexity
for numerical approaches, or obtaining the explicit form of the optimal
protocols when the system-baths interactions are characterized by a single
thermalization scale. In this case, we compare the thermodynamic performance of
a collection of optimally driven non-interacting and interacting qubits.
Remarkably, for refrigerators the non-interacting qubits perform almost as well
as the interacting ones, while in the heat engine case there is a many-body
advantage both in the maximum power, and in the efficiency at maximum power.
Additionally, we illustrate our general results studying the paradigmatic model
of a qutrit-based heat engine. Our results strictly hold in the semiclassical
case in which no coherence is generated by the driving, and finally we discuss
the non-commuting case.
- Abstract（参考訳）: 任意周期駆動熱機械の性能の最適化について検討した。
運転パラメータの高速な変調を前提として,熱機関の抽出電力,冷凍機の冷却電力,および一般には熱電流の線形結合を普遍的に最大化する最適サイクルを導出する。
この最適解を「一般化オットーサイクル」と呼ぶのは、基本構造を標準オットーサイクルと共有するためであるが、多くの高速ストロークが特徴である。
我々はこの数を、作動流体として使われるシステムのヒルベルト空間の次元の観点で制限した。
これらの結果の一般化により、数値的なアプローチの計算複雑性の低減や、システムとバスの相互作用が単一熱化スケールによって特徴づけられるときの最適プロトコルの明示的な形式獲得など、幅広い応用が可能となる。
この場合、最適に駆動される非相互作用および相互作用する量子ビットの集合の熱力学的性能を比較する。
驚くべきことに、冷蔵庫の場合、非相互作用キュービットは相互作用するキュービットとほぼ同等の性能を発揮するが、ヒートエンジンの場合、最大出力と最大電力の効率の両方において多体アドバンテージがある。
さらに,qutritベースの熱エンジンのパラダイムモデルについて概説する。
本研究は, 運転によってコヒーレンスが発生しない半古典的ケースにおいて厳密に成立し, 最終的に非可換ケースについて議論する。
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