論文の概要: Szilard Engines as Quantum Thermodynamical Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2010.14652v2
• Date: Tue, 6 Dec 2022 00:45:55 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-27 08:23:38.459894
• Title: Szilard Engines as Quantum Thermodynamical Systems
• Title（参考訳）: 量子熱力学系としてのszilardエンジン
• Authors: Maryam Ashrafi and Kyle J. Ray and Fabio Anza and James P. Crutchfield
• Abstract要約: 動作流体が1つの量子粒子からなるエンジンを解析する。 量子エンジンが第二法則に従うことを示す。 しかし、量子エンジンは実質的に異なる機構によって実現している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3764085113103222
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We analyze an engine whose working fluid consists of a single quantum particle, paralleling Szilard's construction of a classical single-particle engine. Following his resolution of Maxwell's Second Law paradox using the latter, which turned on physically instantiating the demon (control subsystem), the quantum engine's design mirrors the classically-chaotic Szilard Map that operates a thermodynamic cycle of measurement, thermal-energy extraction, and memory reset. Focusing on the thermodynamic costs to observe and control the particle and comparing these in the quantum and classical limits, we detail the thermodynamic tradeoffs behind Landauer's Principle for information-processing-induced thermodynamic dissipation in the quantum and classical regimes. In particular, and as found with the classical engine, we show that the sum of the thermodynamic costs over a cycle obeys a generalized Landauer Principle, exactly balancing energy extraction from the heat bath. Thus, the quantum engine obeys the Second Law. However, the quantum engine does so via substantially different mechanisms: classically measurement and erasure determine the thermodynamics, while in the quantum implementation the cost of partition insertion is key.
• Abstract（参考訳）: 作動流体が単一量子粒子からなるエンジンを解析し、szilardの古典的な単一粒子エンジンの構成と並行する。 量子エンジンの設計は、マックスウェルの第二法則のパラドックス(英語版)を、デーモン(制御サブシステム)を物理的にインスタンス化し、測定、熱エネルギー抽出、メモリリセットの熱力学サイクルを演算する古典的なカオスなシラードマップをミラーした。 粒子を観測・制御するための熱力学的コストに着目し,これらを量子・古典的限界で比較し,情報処理による熱力学的散逸に対するランドウアーの原理の背後にある熱力学的トレードオフを量子・古典的領域で詳述する。 特に、古典的なエンジンで見られるように、サイクル上の熱力学的コストの和は、熱浴からのエネルギー抽出の正確なバランスをとる一般化されたランダウアーの原理に従う。 したがって、量子エンジンは第二法則に従う。 古典的な測定と消去によって熱力学が決定され、量子実装では分割挿入のコストが鍵となる。

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