論文の概要: Thermodynamics of autonomous optical Bloch equations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.09648v4
- Date: Wed, 02 Jul 2025 04:48:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-03 14:22:55.85191
- Title: Thermodynamics of autonomous optical Bloch equations
- Title（参考訳）: 自律光学ブロッホ方程式の熱力学
- Authors: Samyak Pratyush Prasad, Maria Maffei, Patrice A. Camati, Cyril Elouard, Alexia Auffèves,
- Abstract要約: 私たちはドライブとバスで原子のバックアクションのための新しいフレームワークを構築します。
提案手法は基本時間スケールで原子-場相関を捉える。
我々の枠組みは量子状態における熱力学の現在の理解を深めている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Optical Bloch Equations (OBEs) are canonical equations describing the dynamics of a classically driven atom coupled to a thermal bath. Their thermodynamics is highly relevant to establish fundamental energetic bounds of key quantum processes. A consistent framework is available in the regime where the drives and baths can be treated classically, i.e. remains insensitive to the coupling with the atom. This regime, however, is not adapted to explore minimal energy costs, nor to measure atom-induced energy variations inside drives and baths -- a key ability to directly measure and optimize work and heat exchanges. This calls for a new framework accounting for atomic back-actions on drives and baths. Here we build such a framework by describing the atom, the drive and the bath as a joint autonomous system, the drive and the bath being parts of the same electromagnetic field. Our approach captures atom-field correlations at fundamental timescales, as well as the atomic back-action on the field, allowing us to define work-like (heat-like) flows as energy flows stemming from effective unitary dynamics induced by one system on the other (non-unitary correlating dynamics). Time-integrated work-like and heat-like flows are directly measurable in the field, as changes of the mean field and fluctuations, respectively. Our approach differs from standard analyses by identifying an additional unitary contribution in the atom's dynamics, the self-drive, and its energetic counterpart, the self-work, yielding a tighter expression of the second law. We relate this tightening to the extra knowledge about the field state, as well as the potential of the interacted driving field to be recycled. Our autonomous framework deepens the current understanding of thermodynamics in the quantum regime and its potential for energy management at quantum scales.
- Abstract（参考訳）: 光ブロッホ方程式(Oceo Bloch Equations、OBEs)は、古典的に駆動される原子が熱浴に結合する力学を記述する標準方程式である。
それらの熱力学は、鍵量子過程の基本的なエネルギー的境界を確立することに非常に関係している。
駆動と浴が古典的に扱われる体制では、一貫した枠組みが利用可能であり、原子との結合に敏感なままである。
しかし、この体制は最小限のエネルギーコストの探査や、駆動や浴槽内の原子によるエネルギー変動の測定には適していない。
これにより、ドライブとバスでアトミックなバックアクションを説明できる新しいフレームワークが要求される。
ここでは, 原子, 駆動, 浴を連立自律系, 駆動, 浴を同一電磁場の一部とすることで, このような枠組みを構築した。
提案手法は, 基本時間スケールでの原子-場相関と, 磁場の原子バックアクションを捉え, 他方の系で誘導される有効ユニタリダイナミクス(非ユニタリ関連ダイナミクス)から生じるエネルギーフローとして, ワークライクな(熱のような)流れを定義できる。
時間積分されたワークライクフローとヒートライクフローは、それぞれ平均場と変動の変化として、現場で直接測定可能である。
我々のアプローチは、原子の動力学、自己駆動、そしてそのエネルギー的対する自己作業に付加的なユニタリな寄与を同定し、第二法則をより厳密に表現することによって、標準解析と異なる。
この強化は、フィールド状態に関する余分な知識と、相互作用する駆動フィールドがリサイクルされる可能性に関連している。
我々の自律的な枠組みは、量子状態における熱力学の現在の理解を深め、量子スケールでのエネルギー管理の可能性を高める。
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