論文の概要: Operational definition of the temperature of a quantum state
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.00017v2
- Date: Tue, 31 Jan 2023 10:36:35 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-15 03:39:32.962951
- Title: Operational definition of the temperature of a quantum state
- Title（参考訳）: 量子状態の温度の操作的定義
- Authors: Patryk Lipka-Bartosik, Mart\'i Perarnau-Llobet, Nicolas Brunner
- Abstract要約: 我々は、量子系が熱環境を冷却または加熱する能力に有効な2つの温度を定義した。
我々は、システムと熱環境の間の熱交換が量子参照フレームによって補助される、より洗練されたシナリオを考える。
これは「コヒーレントな量子コヒーレンス」の効果をもたらし、コヒーレントな触媒を用いることで系内の量子エネルギーコヒーレンスを利用することができる。
- 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: Temperature is usually defined for physical systems at thermal equilibrium.
Nevertheless one may wonder if it would be possible to attribute a meaningful
notion of temperature to an arbitrary quantum state, beyond simply the thermal
(Gibbs) state. In this work, we propose such a notion of temperature
considering an operational task, inspired by the Zeroth Law of thermodynamics.
Specifically, we define two effective temperatures for quantifying the ability
of a quantum system to cool down or heat up a thermal environment. In this way
we can associate an operationally meaningful notion of temperature to any
quantum density matrix. We provide general expressions for these effective
temperatures, for both single- and many-copy systems, establishing connections
to concepts previously discussed in the literature. Finally, we consider a more
sophisticated scenario where the heat exchange between the system and the
thermal environment is assisted by a quantum reference frame. This leads to an
effect of "coherent quantum catalysis", where the use of a coherent catalyst
allows for exploiting quantum energetic coherences in the system, now leading
to much colder or hotter effective temperatures.
- Abstract（参考訳）: 温度は通常、熱平衡の物理系で定義される。
それにもかかわらず、温度の有意義な概念を単に熱状態(ギブス状態)以上の任意の量子状態に分類できるかどうか疑問に思うかもしれない。
本研究では,熱力学のゼロ法則に触発された操作課題を考慮した温度の概念を提案する。
具体的には、熱環境を冷却または加熱する量子システムの能力を定量化する2つの有効な温度を定義する。
このようにして、操作上有意義な温度の概念と任意の量子密度行列を関連付けることができる。
本稿では,本論文で論じられた概念との結びつきを確立するため,これらの有効温度の一般的な表現について述べる。
最後に、システムと熱環境の間の熱交換が量子参照フレームによって補助される、より洗練されたシナリオを考える。
これにより「コヒーレント量子触媒」の効果がもたらされ、コヒーレント触媒を用いることで系内の量子エネルギーコヒーレンスを活用できるようになり、現在ではより低温またはより高温になる。
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