論文の概要: Numerically "exact" simulations of a quantum Carnot cycle: Analysis
using thermodynamic work diagrams
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.09487v3
- Date: Thu, 28 Jul 2022 00:00:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-12 15:53:20.352137
- Title: Numerically "exact" simulations of a quantum Carnot cycle: Analysis
using thermodynamic work diagrams
- Title（参考訳）: 量子カルノーサイクルの数値的「エクサクサク」シミュレーション:熱力学ワークダイアグラムを用いた解析
- Authors: Shoki Koyanagi and Yoshitaka Tanimura
- Abstract要約: オープン量子力学理論に基づく量子カルノーエンジンの効率性について検討する。
非摂動型および非マルコフ型SB結合系で数値シミュレーションを行う。
準静的の場合,最大効率が得られた。
- 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 investigate the efficiency of a quantum Carnot engine based on open
quantum dynamics theory. The model includes time-dependent external fields for
the subsystems controlling the isothermal and isentropic processes and for the
system--bath (SB) interactions controlling the transition between these
processes. Numerical simulations are conducted in a nonperturbative and
non-Markovian SB coupling regime using the hierarchical equations of motion
under these fields at different cycle frequencies. The work applied to the
total system and the heat exchanged with the baths are rigorously evaluated. In
addition, by regarding quasi-static work as free energy, we compute the quantum
thermodynamic variables and analyze the simulation results using thermodynamic
work diagrams for the first time. Analysis of these diagrams indicates that, in
the strong SB coupling region, the fields for the SB interactions are major
sources of work, while in other regions, the field for the subsystem is a
source of work. We find that the maximum efficiency is achieved in the
quasi-static case and is determined solely by the bath temperatures, regardless
of the SB coupling strength, which is a numerical manifestation of Carnot's
theorem.
- Abstract（参考訳）: オープン量子力学理論に基づく量子カルノーエンジンの効率性について検討する。
このモデルには、等温および等エントロピー過程を制御するサブシステムと、これらのプロセス間の遷移を制御するシステムバス(SB)相互作用のための時間依存外部フィールドが含まれる。
非摂動型および非マルコフ型SB結合系において, 周期周波数の異なる磁場下での運動の階層式を用いて数値シミュレーションを行う。
トータルシステムに適用した作業と浴槽と交換した熱を厳格に評価した。
また,準静的作業を自由エネルギーとして扱うことで,量子熱力学変数を計算し,熱力学ワークダイアグラムを用いたシミュレーション結果を初めて解析する。
これらの図の解析は、強いSB結合領域では、SB相互作用の場が主要な仕事の源であり、他の領域では、サブシステムの場が仕事の源であることを示している。
その結果,カルノーの定理の数値的証明であるSB結合強度によらず,準静電の場合において最大効率が達成され,入浴温度のみによって決定されることがわかった。
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