論文の概要: Numerically "exact" simulations of entropy production in the fully
quantum regime: Boltzmann entropy versus von Neumann entropy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.09546v1
- Date: Thu, 17 Dec 2020 12:42:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-20 08:34:52.177015
- Title: Numerically "exact" simulations of entropy production in the fully
quantum regime: Boltzmann entropy versus von Neumann entropy
- Title（参考訳）: 完全量子状態におけるエントロピー生成の数値的「正確な」シミュレーション:ボルツマンエントロピー対フォン・ノイマンエントロピー
- Authors: Souichi Sakamoto and Yoshitaka Tanimura
- Abstract要約: スピン系によって生成されるエントロピーは、様々な温度で非マルコフ熱浴と強く結合する。
スピン系によって生成されるエントロピーは、様々な温度で非マルコフ熱浴と強く結合する。
スピン系によって生成されるエントロピーは、様々な温度で非マルコフ熱浴と強く結合する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present a scheme to evaluate thermodynamic variables for a system coupled
to a heat bath under a time-dependent external force using the quasi-static
Helmholtz energy from the numerically "exact" hierarchical equations of motion
(HEOM). We computed the entropy produced by a spin system strongly coupled to a
non-Markovian heat bath for various temperatures. We showed that when changes
to the external perturbation occurred sufficiently slowly, the system always
reached thermal equilibrium. Thus, we calculated the Boltzmann entropy and the
von Neumann entropy for an isothermal process, as well as various thermodynamic
variables, such as changes of internal energies, heat, and work, for a system
in quasi-static equilibrium based on the HEOM. We found that, although the
characteristic features of the system entropies in the Boltzmann and von
Neumann cases as a function of the system--bath coupling strength are similar,
those for the total entropy production are completely different. The total
entropy production in the Boltzmann case is always positive, whereas that in
the von Neumann case becomes negative if we chose a thermal equilibrium state
of the total system (an unfactorized thermal equilibrium state) as the initial
state. This is because the total entropy production in the von Neumann case
does not properly take into account the contribution of the entropy from the
system--bath interaction. Thus, the Boltzmann entropy must be used to
investigate entropy production in the fully quantum regime. Finally, we
examined the applicability of the Jarzynski equality.
- Abstract（参考訳）: 本研究では, 時間依存外力下で熱浴に結合した系の熱力学変数を, 数値計算による階層的運動方程式 (heom) から準静的ヘルムホルツエネルギーを用いて評価する手法を提案する。
種々の温度で非マルコフ熱浴と強く結合したスピン系のエントロピーを計算した。
その結果,外乱の変化が十分に緩やかに起こると,系は常に熱平衡に達した。
そこで我々は,等温過程におけるボルツマンエントロピーとフォン・ノイマンエントロピーを計算し,HEOMに基づく準静電平衡系における内部エネルギー,熱,仕事などの様々な熱力学的変数を計算した。
We found that, although the characteristic features of the system entropies in the Boltzmann and von Neumann cases as a function of the system--bath coupling strength are similar, those for the total entropy production are completely different. The total entropy production in the Boltzmann case is always positive, whereas that in the von Neumann case becomes negative if we chose a thermal equilibrium state of the total system (an unfactorized thermal equilibrium state) as the initial state. This is because the total entropy production in the von Neumann case does not properly take into account the contribution of the entropy from the system--bath interaction.
したがって、ボルツマンエントロピーは全量子状態におけるエントロピー生成を調べるために用いられる必要がある。
最後に,jarzynski等式の適用性について検討した。
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