論文の概要: On Quantum Entropy and Excess Entropy Production in a System-Environment
Pure State
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.14152v1
- Date: Fri, 25 Nov 2022 14:57:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-17 20:42:09.653395
- Title: On Quantum Entropy and Excess Entropy Production in a System-Environment
Pure State
- Title（参考訳）: システム環境純状態における量子エントロピーと過剰エントロピー生成について
- Authors: Phillip C. Lotshaw and Michael E. Kellman
- Abstract要約: 最近導入された量子熱力学エントロピー $SQ_univ$ of a pure state of a Composite system-environment computer "universe" を探索する。
主焦点は「過剰なエントロピー生成」であり、量子エントロピーの変化は古典的なエントロピー自由エネルギー関係から予想されるよりも大きい。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: We explore a recently introduced quantum thermodynamic entropy $S^Q_{univ}$
of a pure state of a composite system-environment computational "universe" with
a simple system $\mathcal{S}$ coupled to a constant temperature bath
$\mathcal{E}$. The principal focus is "excess entropy production" in which the
quantum entropy change is greater than expected from the classical entropy-free
energy relationship. We analyze this in terms of quantum spreading of time
dependent states, and its interplay with the idea of a microcanonical shell.
The entropy takes a basis-dependent Shannon information definition. We argue
for the zero-order $\mathcal{SE}$ energy basis as the unique choice that gives
classical thermodynamic relations in the limit of weak coupling and high
density of states, including an exact division into system and environment
components. Entropy production takes place due to two kinds of processes. The
first is classical "ergodization" that fills the full density of states within
the microcanonical shell. The second is excess entropy production related to
quantum spreading or "quantum ergodization" of the wavepacket that effectively
increases the width of the energy shell. Lorentzian superpositions with finite
microcanonical shell width lead to classical results as the limiting case, with
no excess entropy. We then consider a single $\mathcal{SE}$ zero-order initial
state, as the examplar of extreme excess entropy production. Systematic formal
results are obtained for a unified treatment of excess entropy production for
time-dependent Lorentzian superpositions, and verified computationally. It is
speculated that the idea of free energy might be extended to a notion of
"available energy" corresponding to the excess entropy production. A unified
perspective on quantum thermodynamic entropy is thereby attained from the
classical limit to extreme quantum conditions.
- Abstract（参考訳）: 最近導入された量子熱力学エントロピー $s^q_{univ}$ of a pure state of a composite system-environment computational "universe" と単純なシステム $\mathcal{s}$ coupled to a constant temperature bath $\mathcal{e}$。
主な焦点は「エントロピー生成(excess entropy production)」であり、量子エントロピー変化は古典エントロピーフリーエネルギー関係の期待よりも大きい。
時間依存状態の量子拡散と、マイクロカノニカルシェルの概念との相互作用の観点からこれを解析する。
エントロピーは基底に依存したシャノン情報定義を取る。
ゼロ階の$\mathcal{SE}$エネルギー基底は、弱いカップリングと高密度状態の極限における古典的な熱力学関係を与える唯一の選択であり、システムと環境コンポーネントの正確な分割を含む。
エントロピー生産は2種類のプロセスによって行われる。
1つ目は、マイクロカノニカルシェル内の状態の完全な密度を満たす古典的な「エルゴダイゼーション」である。
2つ目は、エネルギーシェルの幅を効果的に増加させるウェーブパックの量子拡散または「量子エルゴディゼーション」に関連する過剰エントロピー生成である。
有限マイクロカノニカルシェル幅のローレンツ重ね合わせは、超越エントロピーのない極限の場合として古典的な結果をもたらす。
次に、1つの$\mathcal{se}$ zero-order initial state を極端に過剰なエントロピー生成の試験として考える。
時間依存ローレンツ重ね合わせに対する過剰エントロピー生成を統一的に処理し,計算学的に検証した。
自由エネルギーの概念は過剰なエントロピー生成に対応する「利用可能なエネルギー」の概念に拡張される可能性があると推測されている。
量子力学のエントロピーに関する統一的な視点は、古典的な極限から極端な量子状態へと到達する。
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