論文の概要: Nonequilibrium thermodynamics and power generation in open quantum optomechanical systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.10194v2
• Date: Mon, 4 Mar 2024 14:15:29 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-07 04:09:01.004437
• Title: Nonequilibrium thermodynamics and power generation in open quantum optomechanical systems
• Title（参考訳）: 開量子光学系における非平衡熱力学と発電
• Authors: Paulo J. Paulino, Igor Lesanovsky, Federico Carollo
• Abstract要約: オープン量子キャビティ-原子系の熱力学的な一貫した記述を示す。 我々のアプローチは、その非平衡の性質を生かし、エネルギー収支に達する。 どちらの限界においても、発電、エネルギー変換効率、準安定挙動の出現について論じる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Cavity optomechanical systems are a paradigmatic setting for the conversion of electromagnetic energy into mechanical work. Experiments with atoms coupled to cavity modes are realized in nonequilibrium conditions, described by phenomenological models encoding non-thermal dissipative dynamics and falling outside the framework of weak system-bath couplings. This fact makes their interpretation as quantum engines, e.g., the derivation of a well-defined efficiency, quite challenging. Here, we present a consistent thermodynamic description of open quantum cavity-atom systems. Our approach takes advantage of their nonequilibrium nature and arrives at an energetic balance which is fully interpretable in terms of persistent dissipated heat currents. The interaction between atoms and cavity modes can further give rise to nonequilibrium phase transitions and emergent behavior and allows to assess the impact of collective many-body phenomena on the engine operation. To enable this, we define two thermodynamic limits related to a weak and to a strong optomechanical coupling, respectively. We illustrate our ideas focussing on a time-crystal engine and discuss power generation, energy-conversion efficiency, and emergence of metastable behavior in both limits.
• Abstract（参考訳）: キャビティ光力学システムは、電磁エネルギーを機械作業に変換するためのパラダイム的設定である。 キャビティモードに結合した原子の実験は非平衡状態において実現され、非熱的散逸ダイナミクスをエンコードし、弱い系-バスカップリングの枠組みの外へ落下する現象論的モデルによって記述される。 この事実は量子エンジンとして解釈する(例えば、明確に定義された効率の導出)。 ここでは、開量子空洞-原子系の一貫した熱力学的記述を示す。 我々のアプローチは、その非平衡の性質を生かし、持続的な放熱電流の観点から完全に解釈可能なエネルギー収支に達する。 原子とキャビティモードの相互作用は、さらに非平衡相転移と創発的挙動を生じさせ、集合的多体現象がエンジン操作に与える影響を評価することができる。 これを実現するために、弱と強光力学的結合に関する2つの熱力学的限界を定義する。 我々は, 時間結晶エンジンに着目したアイデアを説明し, 発電, エネルギー変換効率, メタ安定挙動の出現について考察する。

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