論文の概要: Illusory cracks in the second law of thermodynamics in quantum
nanoelectronics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.03106v1
- Date: Thu, 6 Apr 2023 14:35:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-07 14:01:26.692055
- Title: Illusory cracks in the second law of thermodynamics in quantum
nanoelectronics
- Title（参考訳）: 量子ナノエレクトロニクスにおける熱力学の第二法則におけるIllusory cracks
- Authors: Robert S. Whitney
- Abstract要約: これは量子熱力学デーモンの理論のレビューである。
これらは熱力学の法則に反するように見える量子系である。
ナノエレクトロニクスを使って作れる自律的な悪魔に焦点を合わせている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: This is a review of the theory of quantum thermodynamic demons; these are
quantum systems that look like they violate the laws of thermodynamics, in
analogy with Maxwell's demon. It concentrates on autonomous demons that can be
made using nanoelectronics. Here ``autonomous'' means that the demon operates
without any external measurement or driving, making it possible to model their
entire thermodynamic behaviour using Schr\"odinger's equation. My main aim is
to review why cracks in the laws of thermodynamics, sometimes glimpsed in such
systems, have turned out to be illusory.
For this, I work by example, introducing the methods of quantum
thermodynamics via an old thought experiment that appears to break the second
law. This thought experiment is usually known as Smoluchowski's trapdoor,
although it was first proposed by Maxwell. Smoluchowski showed that the
trapdoor's thermal motion complicates its dynamics, but I argue that he did not
show that it must obey the second law. This question is now of practical
relevance, because a nanoelectronic version of the trapdoor can be made with
quantum dots. The methods presented here show that such a quantum trapdoor
obeys the laws of thermodynamics.
This reviews then addresses other types of autonomous demon that
superficially appear to break the laws of thermodynamics, but which do not.
These include an experimental demonstration of a Maxwell demon, and a kind of
demon that exploit non-equilibrium resources (the N-demon). It discusses a way
of classifying different kinds of autonomous demon. It concludes by briefly
reviewing how fluctuations affect nanoelectronics, and how their role in
stochastic thermodynamics changes our view of entropy.
- Abstract（参考訳）: これは量子熱力学デーモンの理論のレビューであり、マックスウェルのデーモンと類似して、熱力学の法則に違反しているように見える量子系である。
ナノエレクトロニクスを使って作れる自律的な悪魔に焦点を当てている。
ここでの 'autonomous' は、悪魔が外部の測定や運転なしに動作し、シュリンガー方程式を用いて熱力学の挙動全体をモデル化することができることを意味する。
私の主な目的は、なぜ熱力学の法則のひび割れが、時折そのようなシステムで見えているのかを調査することである。
このために、古い思考実験を通じて量子熱力学の手法を導入し、第二法則を破るように見える。
この思考実験は通常スモルコウスキーのトラップドアとして知られているが、マクスウェルによって最初に提案された。
smoluchowski はトラップドアの熱運動が力学を複雑にすることを示したが、第二法則に従わなければならないことを示さなかった。
この問題は、トラップドアのナノ電子バージョンを量子ドットで作ることができるため、現在では実用的に関係している。
ここでの手法は、そのような量子トラップドアが熱力学の法則に従うことを示している。
このレビューは、表面的には熱力学の法則を破るように見える他の種類の自律悪魔に対処する。
これにはマックスウェル・デーモンの実験的なデモや、非平衡資源(N-デーモン)を利用するデーモンなどがある。
様々な種類の自律悪魔を分類する方法を論じる。
最後に、ゆらぎがナノエレクトロニクスにどのように影響するか、そして確率的熱力学におけるそれらの役割がエントロピーの考え方にどのように影響するかを簡潔にレビューする。
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