論文の概要: Dynamics of a strongly coupled quantum heat engine -- computing bath observables from the hierarchy of pure states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.06039v1
• Date: Thu, 8 Feb 2024 20:23:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-12 18:40:19.731815
• Title: Dynamics of a strongly coupled quantum heat engine -- computing bath observables from the hierarchy of pure states
• Title（参考訳）: 強結合型量子熱エンジンのダイナミクス-純状態の階層から観測可能な浴槽の計算
• Authors: Valentin Boettcher, Richard Hartmann, Konstantin Beyer, Walter T. Strunz
• Abstract要約: HOPS内における浴槽エネルギーと相互作用エネルギーの変化について検討した。 熱力学サイクルの状態変化図の類似図を用いて、これらの様々な貢献を可視化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a fully quantum dynamical treatment of a quantum heat engine and its baths based on the Hierarchy of Pure States (HOPS), an exact and general method for open quantum system dynamics. We show how the change of the bath energy and the interaction energy can be determined within HOPS, for arbitrary coupling strength and smooth time dependence of the modulation protocol. The dynamics of all energetic contributions during the operation can be carefully examined both, in its initial transient phase and also later, in its periodic steady state. A quantum Otto engine with a qubit as inherently nonlinear work medium is studied in a regime where the energy associated with the interaction Hamiltonian plays an important role for the global energy balance and, thus, must not be neglected when calculating its power and efficiency. We confirm that the work required to drive the coupling with the baths depends sensitively on the speed of the modulation protocol. Remarkably, departing from the conventional scheme of well-separated phases by allowing for temporal overlap, we discover that one can even gain energy from the modulation of the bath interactions. We visualize these various work contributions using the analogue of state change diagrams of thermodynamic cycles. We offer a concise, full presentation of HOPS with its extension to bath observables, as it serves as a universal tool for the numerically exact description of general quantum dynamical (thermodynamic) scenarios far from the weak-coupling limit.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、量子系力学の正確かつ一般的な方法である純状態階層(HOPS)に基づく量子熱エンジンとその浴槽の完全量子力学処理について述べる。 本研究では, 任意の結合強度と変調プロトコルのスムーズな時間依存性のために, HOPS内で浴槽エネルギーと相互作用エネルギーの変化をどのように決定できるかを示す。 操作中のすべてのエネルギー的寄与のダイナミクスは、初期過渡期と後続の周期的定常期の両方で慎重に検討することができる。 量子ビットを本質的に非線形な作業媒体とする量子オットーエンジンは、相互作用ハミルトニアンに関連するエネルギーが大域的エネルギーバランスに重要な役割を果たすような方法で研究され、したがって、そのエネルギーと効率を計算する際に無視されてはならない。 浴槽との結合を駆動する作業は,変調プロトコルの速度に敏感に依存することを確認した。 特筆すべきは, 時間的重なりを許すことにより, 従来の分離相のスキームから外れることにより, 浴間相互作用の変調からエネルギーを得ることができることであった。 熱力学サイクルの状態変化図のアナロジーを用いて,これら様々な作業の貢献を可視化する。 一般量子力学(熱力学)の弱い結合限界から遠く離れた数値的詳細記述のための普遍的なツールとして機能するため、ホップの簡潔で完全な表現とバスオブザーバブルの拡張を提供する。

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