論文の概要: Finite-Time Optimization of Quantum Szilard heat engine
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.14619v1
- Date: Sun, 26 Mar 2023 04:08:46 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-28 18:39:40.534427
- Title: Finite-Time Optimization of Quantum Szilard heat engine
- Title（参考訳）: 量子シラード熱エンジンの有限時間最適化
- Authors: Tan-Ji Zhou, Yu-Han Ma, and C. P. Sun
- Abstract要約: 有限測定時間内にスピン状態を調べるためにマクスウェルのデーモン(MD)を導入する。
QSEのパワーは、短時間では$Ppropto t_rm M3$、長期では$Ppropto t_rm M-1$となる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.1274452325287335
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose a finite-time quantum Szilard engine (QSE) with a quantum particle
with spin as the working substance (WS) to accelerate the operation of
information engines. We introduce a Maxwell's demon (MD) to probe the spin
state within a finite measurement time $t_{{\rm M}}$ to capture the which-way
information of the particle, quantified by the mutual information
$I(t_{\rm{M}})$ between WS and MD. We establish that the efficiency $\eta$ of
QSE is bounded by $\eta\leq1-(1-\eta_{\rm{C}}){\rm ln}2/I(t_{{\rm M}})$, where
$I(t_{{\rm M}})/\rm{ln}2$ characterizes the ideality of quantum measurement,
and approaches $1$ for the Carnot efficiency reached under ideal measurement in
quasi-static regime. We find that the power of QSE scales as $P\propto t_{{\rm
M}}^{3}$ in the short-time regime and as $P\propto t_{\rm M}^{-1}$ in the
long-time regime. Additionally, considering the energy cost for erasing the
MD's memory required by Landauer's principle, there exists a threshold time
that guarantees QSE to output positive work.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,情報エンジンの動作を高速化するために,スピンを作用物質とする量子粒子を持つ有限時間量子Szilardエンジン(QSE)を提案する。
ws と md の間の相互情報 $i(t_{\rm{m}})$ によって定量化された粒子の方向情報をキャプチャするために、有限な測定時間 $t_{{\rm m}}$ 内のスピン状態を調べるための maxwell's demon (md) を導入する。
QSE の効率 $\eta$ は $\eta\leq1-(1-\eta_{\rm{C}}){\rm ln}2/I(t_{{\rm M}})$, ここでは $I(t_{{\rm M}})/\rm{ln}2$ が量子測定の理想性を特徴づけ、準定常状態における理想的な測定で到達したカルノーの効率に対して 1$ に近づく。
QSEのパワーは、短時間では$P\propto t_{{\rm M}}^{3}$、長期では$P\propto t_{\rm M}^{-1}$とスケールする。
加えて、ランダウアーの原理によって要求されるMDのメモリを消去するエネルギーコストを考えると、QSEが正の仕事を出力することを保証できる閾値時間が存在する。
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