論文の概要: Characterizing symmetry-protected thermal equilibrium by work extraction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.06060v2
- Date: Thu, 11 Mar 2021 09:59:38 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-08 13:42:40.937016
- Title: Characterizing symmetry-protected thermal equilibrium by work extraction
- Title（参考訳）: 作業抽出による対称性保護熱平衡のキャラクタリゼーション
- Authors: Yosuke Mitsuhashi, Kazuya Kaneko, Takahiro Sagawa
- Abstract要約: 量子状態は、作業が任意のユニタリ演算によって状態の任意のコピーから抽出できない場合、完全に受動的である。
我々は、量子状態が連結コンパクトリー群によって記述される対称性制約の下で完全に受動的であることを証明する。
我々の結果は、対称性によって保護されるシステムに熱平衡の概念を拡張し、量子熱エンジンと電池の柔軟な設計原理をもたらす。
- 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: The second law of thermodynamics states that work cannot be extracted from
thermal equilibrium, whose quantum formulation is known as complete passivity;
A state is called completely passive if work cannot be extracted from any
number of copies of the state by any unitary operations. It has been
established that a quantum state is completely passive if and only if it is a
Gibbs ensemble. In physically plausible setups, however, the class of possible
operations is often restricted by fundamental constraints such as symmetries
imposed on the system. In the present work, we investigate the concept of
complete passivity under symmetry constraints. Specifically, we prove that a
quantum state is completely passive under a symmetry constraint described by a
connected compact Lie group, if and only if it is a generalized Gibbs ensemble
(GGE) including conserved charges associated with the symmetry. Remarkably, our
result applies to non-commutative symmetry such as $SU(2)$ symmetry, suggesting
an unconventional extension of the notion of GGE. Furthermore, we consider the
setup where a quantum work storage is explicitly included, and prove that the
characterization of complete passivity remains unchanged. Our result extends
the notion of thermal equilibrium to systems protected by symmetries, and would
lead to flexible design principles of quantum heat engines and batteries.
Moreover, our approach serves as a foundation of the resource theory of
thermodynamics in the presence of symmetries.
- Abstract（参考訳）: 熱力学の第2法則は、量子定式化が完全通過性として知られている熱平衡から作業が抽出できないことを述べており、ある状態が任意のユニタリ演算によって状態の任意のコピーから作業が抽出できない場合、完全に受動的と呼ばれる。
量子状態が完全に受動的であることは、それがギブスのアンサンブルである場合に限る。
しかし、物理的に妥当な設定では、可能な操作のクラスは、しばしばシステムに課される対称性のような基本的な制約によって制限される。
本研究では,対称制約下での完全受動性の概念について検討する。
具体的には、量子状態が連結コンパクトリー群によって記述される対称性制約の下で完全に受動的であることを証明し、それが対称性に付随する保存電荷を含む一般化ギブスアンサンブル(GGE)である場合に限る。
注目すべきことに、この結果は$SU(2)$対称性のような非可換対称性に適用され、GGEの概念の非伝統的な拡張が示唆される。
さらに,量子ワークストレージを明示的に含むセットアップを検討し,完全パッシリティのキャラクタリゼーションが変わらないことを証明した。
我々の結果は、対称性によって保護されるシステムに熱平衡の概念を拡張し、量子熱エンジンと電池の柔軟な設計原理をもたらす。
さらに,本手法は,対称性の存在下での熱力学の資源理論の基礎となる。
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