論文の概要: On the First Law of Thermodynamics in Time-Dependent Open Quantum Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.06544v2
• Date: Sat, 15 Jul 2023 20:47:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-19 00:40:28.362484
• Title: On the First Law of Thermodynamics in Time-Dependent Open Quantum Systems
• Title（参考訳）: 時間依存開量子系における熱力学の第一法則について
• Authors: Parth Kumar, Charles A. Stafford
• Abstract要約: 平衡から遠ざかるオープン量子系における熱、仕事、内部エネルギーなどの熱力学量をどのように厳密に定義するかは、量子熱力学において重要な問題である。 熱 (Heat) とは、平衡から無限に摂動される系の過程にのみ基礎的な定義が適用される量である。 熱は強く駆動されたシステムで慎重に説明される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: How to rigorously define thermodynamic quantities such as heat, work, and internal energy in open quantum systems driven far from equilibrium remains a significant open question in quantum thermodynamics. Heat is a quantity whose fundamental definition applies only to processes in systems infinitesimally perturbed from equilibrium, and as such, must be accounted for carefully in strongly-driven systems. A key insight from Mesoscopics is that infinitely far from the local driving and coupling of an open quantum system, reservoirs are indeed only infinitesimally perturbed, thereby allowing the heat dissipated to be defined. The resulting partition of the entropy necessitates a Hilbert-space partition of the energetics, leading to an unambiguous operator for the internal energy of an interacting time-dependent open quantum system. Fully general expressions for the heat current and the power delivered by various agents to the system are derived using the formalism of nonequilibrium Green's functions, establishing an experimentally meaningful and quantum mechanically consistent division of the energy of the system under consideration into Heat flowing out of and Work done on the system. The spatio-temporal distribution of internal energy in a strongly-driven open quantum system is also analyzed. This formalism is applied to analyze the thermodynamic performance of a model quantum machine: a driven two-level quantum system strongly coupled to two metallic reservoirs, which can operate in several configurations--as a chemical pump/engine or a heat pump/engine.
• Abstract（参考訳）: 平衡から遠ざかるオープン量子系における熱、仕事、内部エネルギーなどの熱力学量をどのように厳密に定義するかは、量子熱力学において重要な問題である。 熱とは、平衡から無限に摂動する系の過程にのみ基本的な定義が適用される量であり、強駆動系では慎重に考慮しなければならない。 メソスコピックからの鍵となる洞察は、開量子系の局所的な駆動と結合から無限に遠く、貯水池は無限に摂動するだけであり、したがって放熱が定義できるということである。 エントロピーの分割はエネルギーのヒルベルト空間分割を必要とし、相互作用する時間に依存した開量子系の内部エネルギーに対するあいまいな作用素となる。 非平衡グリーン関数の形式を用いて、熱電流と様々なエージェントがシステムへ供給する電力の完全な一般的な表現を導出し、実験上有意義で量子力学的に一貫したシステムのエネルギーの分離を、熱の流出とシステム上での作業に考慮する。 強駆動開量子系における内部エネルギーの時空間分布も解析される。 この形式は、2つの金属貯水池に強く結合し、化学ポンプ/エンジンまたはヒートポンプ/エンジンとして複数の構成で動作可能な2段階の駆動量子システムであるモデル量子マシンの熱力学性能を分析するために用いられる。

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