論文の概要: Quantum Thermodynamic Uncertainties in Nonequilibrium Systems from Robertson-Schr\"odinger Relations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.12802v1
• Date: Wed, 25 May 2022 14:24:56 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-11 19:25:20.958868
• Title: Quantum Thermodynamic Uncertainties in Nonequilibrium Systems from Robertson-Schr\"odinger Relations
• Title（参考訳）: Robertson-Schr\odinger関係からの非平衡系の量子熱力学的不確かさ
• Authors: Hang Dong, Daniel Reiche, Jen-Tsung Hsiang, and Bei-Lok Hu
• Abstract要約: 非平衡系の熱力学量の不確実性は、その量子起源にさかのぼる。 ガウス系では、熱力学関数はロバートソン・シュロディンガーの不確かさ関数の関数である。 系の非平衡力学において, ゆらぎ散逸不等式が常に存在することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.1881182769881233
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Thermodynamic uncertainty principles make up one of the few rare anchors in the largely uncharted waters of nonequilibrium systems, the fluctuation theorems being the more familiar. In this work we aim to trace the uncertainties of thermodynamic quantities in nonequilibrium systems to their quantum origins, namely, to the quantum uncertainty principles. Our results enable us to make this categorical statement: For Gaussian systems, thermodynamic functions are functionals of the Robertson-Schrodinger uncertainty function, which is always non-negative for quantum systems, but not necessarily so for classical systems. Here, quantum refers to noncommutativity of the canonical operator pairs. From the nonequilibrium free energy[1], we succeeded in deriving several inequalities between certain thermodynamic quantities. They assume the same forms as those in conventional thermodynamics, but these are nonequilibrium in nature and they hold for all times and at strong coupling. In addition we show that a fluctuation-dissipation inequality exists at all times in the nonequilibrium dynamics of the system. For nonequilibrium systems which relax to an equilibrium state at late times, this fluctuation-dissipation inequality leads to the Robertson-Schrodinger uncertainty principle with the help of the Cauchy-Schwarz inequality. This work provides the microscopic quantum basis to certain important thermodynamic properties of macroscopic nonequilibrium systems.
• Abstract（参考訳）: 熱力学的不確実性原理は、非平衡系のほとんどチャートされていない水における数少ない稀なアンカーの1つである。 本研究は、非平衡系の熱力学量の不確かさを量子起源、すなわち量子不確実性原理に追従することを目的とする。 ガウス系では、熱力学的関数はロバートソン・シュロディンガーの不確かさ関数の関数であり、量子系では必ず非負であるが、古典系では必ずしもそうではない。 ここで量子は、正準作用素対の非可換性を指す。 非平衡自由エネルギー[1]から、ある熱力学量の間のいくつかの不等式を導出した。 彼らは従来の熱力学と同じ形式を仮定するが、それらは自然界では非平衡であり、常に強く結合している。 さらに,システムの非平衡ダイナミクスにおいて,ゆらぎ散逸不等式が常に存在することを示す。 後期の平衡状態に緩和する非平衡系では、このゆらぎ散逸不等式はコーシー・シュワルツの不等式(英語版)の助けを借りてロバートソン・シュルディンガーの不確かさの原理につながる。 この研究は、マクロな非平衡系の特定の重要な熱力学特性に微視的な量子基底を与える。

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