論文の概要: Geometric and information-theoretic aspects of quantum thermodynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.00617v1
- Date: Sun, 31 Mar 2024 09:10:03 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-04 02:40:27.610825
- Title: Geometric and information-theoretic aspects of quantum thermodynamics
- Title（参考訳）: 量子熱力学の幾何学的・情報論的側面
- Authors: A de Oliveira Junior,
- Abstract要約: 特定の制約下で熱浴と相互作用しながら量子系が行う状態変換について検討する。
この論文の最後の部分は、Wigisson-Cummings効果と呼ばれる科学におけるユビキタス現象の研究に焦点を当てている。
私はこの効果を、原子が光学キャビティと相互作用するパラダイム的な量子光学装置で示します。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In this thesis, I investigate various aspects of one of the most fundamental questions in thermodynamics: what state transformations can quantum systems undergo while interacting with a thermal bath under specific constraints? These constraints may involve total energy conservation, memory effects, or finite-size considerations. Addressing this question leads to (i) a characterisation of the structure of the thermodynamic arrow of time, (ii) a framework bridging the gap between memoryless and arbitrarily non-Markovian thermodynamic processes, and (iii) a derivation of the famous fluctuation-dissipation relation within a quantum information framework. Finally, the last part of this thesis focuses on studying a ubiquitous phenomenon in science, so-called catalysis. It involves using an auxiliary system (a catalyst) to enable processes that would otherwise be impossible. Over the last two decades, this notion has spread to the field of quantum physics. However, this effect is typically described within a highly abstract framework. Despite its successes, this approach struggles to fully capture the behaviour of physically realisable systems, thereby limiting the applicability of quantum catalysis in practical scenarios. Strikingly, I will demonstrate this effect in a paradigmatic quantum optics setup, namely the Jaynes-Cummings model, where an atom interacts with an optical cavity. The atom plays the role of the catalyst and allows for the deterministic generation of non-classical light in the cavity, as evidenced by sub-Poissonian statistics or Wigner negativity.
- Abstract（参考訳）: この論文では、熱力学における最も基本的な問題の一つとして、量子系が特定の制約の下で熱浴と相互作用しながら、どのような状態変換を行うことができるのか、様々な側面について研究する。
これらの制約は、全エネルギー保存、メモリ効果、あるいは有限サイズの考慮を含む可能性がある。
この問いに答えるということは
一 時間の熱力学的矢印の構造の特色
(二)メモリレスと任意に非マルコフ熱力学過程のギャップを埋める枠組み、及び
三 量子情報フレームワーク内の有名なゆらぎ-散逸関係の導出。
最後に、この論文の最後の部分は、科学におけるユビキタス現象、いわゆる触媒反応の研究に焦点を当てている。
補助的なシステム(触媒)を使用して、そうでなければ不可能なプロセスを可能にする。
この20年間、この概念は量子物理学の分野に広がってきた。
しかし、この効果は一般的に非常に抽象的な枠組みで説明される。
その成功にもかかわらず、このアプローチは物理的に実現可能なシステムの振る舞いを完全に捉えるのに苦労し、実用的なシナリオにおける量子触媒の適用性を制限する。
興味深いことに、この効果は、原子が光学キャビティと相互作用するJaynes-Cummingsモデルというパラダイム的な量子光学セットアップで示します。
原子は触媒の役割を担い、ポアソニアン以下の統計やウィグナーの負性によって証明されるように、キャビティ内の非古典的な光を決定論的に生成することができる。
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