論文の概要: Quantum thermodynamics of nonequilibrium processes in lattice gauge theories
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.02965v1
- Date: Wed, 3 Apr 2024 18:00:03 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-05 18:54:31.463538
- Title: Quantum thermodynamics of nonequilibrium processes in lattice gauge theories
- Title（参考訳）: 格子ゲージ理論における非平衡過程の量子熱力学
- Authors: Zohreh Davoudi, Christopher Jarzynski, Niklas Mueller, Greeshma Oruganti, Connor Powers, Nicole Yunger Halpern,
- Abstract要約: 強結合熱力学を用いて熱力学量を定義する方法を示す。
我々の定義は、量子シミュレータで実行される簡単な非平衡過程である瞬時クエンチに適合する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: A key objective in nuclear and high-energy physics is to describe nonequilibrium dynamics of matter, e.g., in the early universe and in particle colliders, starting from the Standard Model. Classical-computing methods, via the framework of lattice gauge theory, have experienced limited success in this mission. Quantum simulation of lattice gauge theories holds promise for overcoming computational limitations. Because of local constraints (Gauss's laws), lattice gauge theories have an intricate Hilbert-space structure. This structure complicates the definition of thermodynamic properties of systems coupled to reservoirs during equilibrium and nonequilibrium processes. We show how to define thermodynamic quantities such as work and heat using strong-coupling thermodynamics, a framework that has recently burgeoned within the field of quantum thermodynamics. Our definitions suit instantaneous quenches, simple nonequilibrium processes undertaken in quantum simulators. To illustrate our framework, we compute the work and heat exchanged during a quench in a $Z_2$ lattice gauge theory coupled to matter in 1+1 dimensions. The thermodynamic quantities, as functions of the quench parameter, evidence an expected phase transition. For general thermal states, we derive a simple relation between a quantum many-body system's entanglement Hamiltonian, measurable with quantum-information-processing tools, and the Hamiltonian of mean force, used to define strong-coupling thermodynamic quantities.
- Abstract（参考訳）: 核物理学と高エネルギー物理学の主要な目的は、標準模型から始まる初期の宇宙と粒子衝突器における物質の非平衡力学を記述することである。
格子ゲージ理論の枠組みを通じて古典計算法は、このミッションで限られた成功を収めてきた。
格子ゲージ理論の量子シミュレーションは、計算限界を克服することを約束する。
局所的制約(ガウスの法則)のため、格子ゲージ理論はヒルベルト空間構造を持つ。
この構造は平衡過程と非平衡過程の間に貯水池と結合した系の熱力学的性質の定義を複雑にする。
量子熱力学の分野に最近進出したフレームワークである強結合熱力学を用いて、仕事や熱などの熱力学量を定義する方法について述べる。
我々の定義は、量子シミュレータで実行される簡単な非平衡過程である瞬時クエンチに適合する。
この枠組みを説明するために、我々は1+1次元の物質と結合したZ_2$格子ゲージ理論において、クエンチ中の仕事と熱交換を計算する。
熱力学量は、クエンチパラメータの関数として、期待される相転移を示す。
一般的な熱状態に対しては、量子多体系の量子情報処理ツールで測定可能なハミルトニアンと、強い結合熱力学量を定義するために用いられる平均力のハミルトニアンとの間の単純な関係を導出する。
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