論文の概要: Work Fluctuations in Ergotropic Heat Engines
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.10344v2
- Date: Mon, 6 Nov 2023 15:20:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-07 20:12:31.612900
- Title: Work Fluctuations in Ergotropic Heat Engines
- Title（参考訳）: 異方性熱機関の作業変動
- Authors: Giovanni Chesi, Chiara Macchiavello and Massimiliano Federico Sacchi
- Abstract要約: エルゴトロピック型熱エンジン、すなわち2ストローク量子オットーエンジンの作業変動について検討する。
エネルギー準位が2つの異なる周波数で等間隔である2つのクォートリットの場合について、徹底的な研究を行う。
- 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: We study the work fluctuations in ergotropic heat engines, namely two-strokes
quantum Otto engines where the work stroke is designed to extract the ergotropy
(the maximum amount of work by a cyclic unitary evolution) from a couple of
quantum systems at canonical equilibrium at two different temperatures, whereas
the heat stroke thermalizes back the systems to their respective reservoirs. We
provide an exhaustive study for the case of two qutrits whose energy levels are
equally spaced at two different frequencies by deriving the complete work
statistics. By varying the values of temperatures and frequencies, only three
kinds of optimal unitary strokes are found: the swap operator $U_1$, an idle
swap $U_2$ (where one of the qutrits is regarded as an effective qubit), and a
non trivial permutation of energy eigenstates $U_3$, which indeed corresponds
to the composition of the two previous unitaries, namely $U_3=U_2 U_1$. While
$U_1$ and $U_2$ are Hermitian (and hence involutions), $U_3$ is not. This point
has an impact on the thermodynamic uncertainty relations (TURs) which bound the
signal-to-noise ratio of the extracted work in terms of the entropy production.
In fact, we show that all TURs derived from a strong detailed fluctuation
theorem are violated by the transformation $U_3$.
- Abstract（参考訳）: 2ストロークの量子オットーエンジン、すなわち2ストロークの量子オットーエンジンにおいて、熱ストロークは2つの異なる温度で2つの正準平衡の量子系からエルゴトロピー(循環ユニタリ進化による最大作業量)を抽出するように設計され、熱ストロークはそれぞれの貯水池に熱を戻す。
完全作業統計を導出することにより、エネルギー準位が2つの異なる周波数で等しく間隔づけられた2つのキュートリットについて、徹底的な研究を行う。
温度と周波数の値を変えることで、スワップ演算子$u_1$、アイドルスワップ$u_2$(クトリッツの1つが有効な量子ビットと見なされる)、エネルギー固有状態の非自明な置換$u_3$という3種類の最適ユニタリストロークしか見出されない。
U_1$と$U_2$はHermitianであるのに対して、$U_3$はそうではない。
この点が熱力学的不確実性関係(TURs)に影響を及ぼし、エントロピー生成の観点で抽出された作業の信号対雑音比を束縛する。
実際、強い詳細ゆらぎ定理から導かれる全ての TUR は変換 $U_3$ によって破られる。
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