論文の概要: Nonperturbative renormalization of quantum thermodynamics from weak to
strong couplings
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.08114v1
- Date: Tue, 17 May 2022 06:25:03 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-12 21:15:11.081266
- Title: Nonperturbative renormalization of quantum thermodynamics from weak to
strong couplings
- Title（参考訳）: 弱結合から強結合への量子熱力学の非摂動的再正規化
- Authors: Wei-Ming Huang and Wei-Min Zhang
- Abstract要約: 開量子系の厳密なマスター方程式を解くことで、量子熱力学を弱いカップリングから強いカップリングへと定式化する。
これらの系の還元密度行列の正確な解は、弱および強系-貯留層結合強度の双方に対して、定常状態のギブス型状態に近づく。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.542198147027801
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: By solving the exact master equation of open quantum systems, we formulate
the quantum thermodynamics from weak to strong couplings. The open quantum
systems exchange matters, energies and information with their reservoirs
through quantum particles tunnelings that are described by the generalized
Fano-Anderson Hamiltonians. We find that the exact solution of the reduced
density matrix of these systems approaches a Gibbs-type state in the
steady-state limit for both the weak and strong system-reservoir coupling
strengths. When the couplings become strong, thermodynamic quantities of the
system must be renormalized. The renormalization effects are obtained
nonperturbatively after exactly traced over all reservoir states through the
coherent state path integrals. The renormalized system Hamiltonian is
characterized by the renormalized system energy levels and interactions,
corresponding to the quantum work done by the system. The renormalized
temperature is introduced to characterize the entropy production counting the
heat transfer between the system and the reservoir. We further find that only
with the renormalized system Hamiltonian and other renormalized thermodynamic
quantities, can the exact steady state of the system be expressed as the
standard Gibbs state. Consequently, the corresponding exact steady-state
particle occupations in the renormalized system energy levels obey the
Bose-Einstein and the Fermi-Dirac distributions for bosonic and fermionic
systems, respectively. Thus, the conventional statistical mechanics and
thermodynamics are thereby rigorously deduced from quantum dynamical evolution.
- Abstract（参考訳）: 開量子系の厳密なマスター方程式を解くことで、量子熱力学を弱結合から強結合へと定式化する。
オープン量子系は、一般化されたファノ・アンダーソン・ハミルトニアンによって記述される量子粒子トンネルを通して、その貯水池と物質、エネルギー、情報を交換する。
これらの系の還元密度行列の厳密解は,弱い系と強い系-保存結合強度の両方の定常限界においてgibbs型状態に近づくことが判明した。
結合が強くなると、系の熱力学量は再正規化されなければならない。
再正規化効果は、コヒーレントな状態経路積分を通して全ての貯水池状態を正確に追跡した後、非摂動的に得られる。
再正規化系ハミルトニアン(renormalized system hamiltonian)は、再正規化系エネルギー準位と相互作用によって特徴づけられる。
再正規化温度を導入し、システムと貯水池の間の熱伝達を計るエントロピー生成を特徴付ける。
さらに、再正規化系ハミルトニアンや他の再正規化熱力学量でのみ、システムの厳密な定常状態を標準ギブス状態として表すことができることを見出した。
その結果、再正規化系のエネルギー準位における対応する正確な定常粒子の占有は、ボゾン系とフェルミオン系のボース・アインシュタイン分布とフェルミ・ディラック分布に従う。
したがって、従来の統計力学と熱力学は量子力学の進化から厳格に導かれる。
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