論文の概要: Resource theory of heat and work with non-commuting charges

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.08020v3
• Date: Sat, 19 Nov 2022 13:55:26 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-23 23:41:37.445660
• Title: Resource theory of heat and work with non-commuting charges
• Title（参考訳）: 熱の資源理論と非交換電荷による仕事
• Authors: Zahra Baghali Khanian, Manabendra Nath Bera, Arnau Riera, Maciej Lewenstein and Andreas Winter
• Abstract要約: 複数の保存量(または電荷)を持つ量子熱力学の理論を考える。 すべての状態に対して、期待される電荷値とそのエントロピーのベクトルを関連付け、システムの位相図を形成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.099922236065961
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We consider a theory of quantum thermodynamics with multiple conserved quantities (or charges). To this end, we generalize the seminal results of Sparaciari et al. [PRA 96:052112, 2017] to the case of multiple, in general non-commuting charges, for which we formulate a resource theory of thermodynamics of asymptotically many non-interacting systems. To every state we associate the vector of its expected charge values and its entropy, forming the phase diagram of the system. Our fundamental result is the Asymptotic Equivalence Theorem (AET), which allows us to identify the equivalence classes of states under asymptotic approximately charge-conserving unitaries with the points of the phase diagram. Using the phase diagram of a system and its bath, we analyze the first and the second laws of thermodynamics. In particular, we show that to attain the second law, an asymptotically large bath is necessary. In the case that the bath is composed of several identical copies of the same elementary bath, we quantify exactly how large the bath has to be to permit a specified work transformation of a given system, in terms of the number of copies of the elementary bath systems per work system (bath rate). If the bath is relatively small, we show that the analysis requires an extended phase diagram exhibiting negative entropies. This corresponds to the purely quantum effect that at the end of the process, system and bath are entangled, thus permitting classically impossible transformations. For a large bath, system and bath may be left uncorrelated and we show that the optimal bath rate, as a function of how tightly the second law is attained, can be expressed in terms of the heat capacity of the bath. Our approach solves a problem from earlier investigations about how to store the different charges under optimal work extraction protocols in physically separate batteries.
• Abstract（参考訳）: 複数の保存量(または電荷)を持つ量子熱力学の理論を考える。 この目的のために、Sparaciari et al の初等的な結果を一般化する。 pra 96:052112, 2017] 一般の非交換電荷において、漸近的に多くの非相互作用系の熱力学の資源理論を定式化する。 すべての状態に対して、期待される電荷値とそのエントロピーのベクトルを関連付け、システムの位相図を形成する。 我々の基本的な結果は漸近同値定理(AET)であり、位相図の点を持つおよそ電荷保存ユニタリの漸近状態の同値類を同定することができる。 系の相図とその浴槽を用いて、熱力学の第一法則と第二法則を解析する。 特に,第2法則を達成するためには漸近的に大きな浴槽が必要であることを示す。 浴室が同一の浴室の複数の同一のコピーで構成されている場合、作業システム毎の基本風呂システムのコピー数(浴率)の観点から、所定のシステムの特定作業変換を許可するために、浴室の大きさを正確に定量化する。 浴槽が比較的小さい場合は、解析には負のエントロピーを示す拡張位相図が必要である。 これは、過程の終わりに系と浴槽が絡み合う純粋量子効果に対応し、古典的に不可能となる変換を可能にする。 大風呂の場合, システムと入浴は無相関であり, 第2法則の厳密な達成の関数として最適浴率は, 浴の熱容量で表すことができることを示す。 提案手法は, 物理的に分離した電池に最適な作業抽出プロトコルで, 異なる電荷を格納する方法に関する先行研究の問題点を解決する。

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