論文の概要: A finite-time quantum Otto engine with tunnel coupled one-dimensional Bose gases
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.16470v1
- Date: Thu, 25 Apr 2024 09:54:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-26 14:09:25.172457
- Title: A finite-time quantum Otto engine with tunnel coupled one-dimensional Bose gases
- Title（参考訳）: トンネル結合1次元ボース気体を用いた有限時間量子オットーエンジン
- Authors: V. V. Nautiyal, R. S. Watson, K. V. Kheruntsyan,
- Abstract要約: 弱い相互作用を持つボース気体中の粒子間相互作用によって駆動される有限時間量子オットーエンジンサイクルについて検討する。
均一な1Dボースガスとは異なり、調和的に閉じ込められた準凝縮体は、純粋にエンペアエンジンとして動作できない。
- 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 undertake a theoretical study of a finite-time quantum Otto engine cycle driven by inter-particle interactions in a weakly interacting one-dimensional Bose gas in the quasicondensate regime. Utilizing a $c$-field approach, we simulate the entire Otto cycle, i.e. the two work strokes and the two equilibration strokes. More specifically, the interaction-induced work strokes are modelled by treating the working fluid as an isolated quantum many-body system undergoing unitary evolution. The equilibration strokes, on the other hand, are modelled by treating the working fluid as an open quantum system tunnel-coupled to another quasicondensate which acts as either the hot or cold reservoir, albeit of finite size. We find that, unlike a uniform 1D Bose gas, a harmonically trapped quasicondensate cannot operate purely as a \emph{heat} engine; instead, the engine operation is enabled by additional \emph{chemical} work performed on the working fluid, facilitated by the inflow of particles from the hot reservoir. The microscopic treatment of dynamics during equilibration strokes enables us to evaluate the characteristic operational time scales of this Otto chemical engine, crucial for characterizing its power output, without any \emph{ad hoc} assumptions about typical thermalization timescales. We analyse the performance and quantify the figures of merit of the proposed Otto chemical engine, finding that it offers a favourable trade-off between efficiency and power output, particularly when the interaction-induced work strokes are implemented via a sudden quench. We further demonstrate that in the sudden quench regime, the engine operates with an efficiency close to the near-adiabatic (near maximum efficiency) limit, while concurrently achieving maximum power output.
- Abstract（参考訳）: 準凝縮系における弱い相互作用を持つ1次元ボース気体中の粒子間相互作用によって駆動される有限時間量子オットーエンジンサイクルの理論的研究を行う。
c$-fieldアプローチを用いることで、オットーサイクル全体、すなわち2つのワークストロークと2つの平衡ストロークをシミュレートする。
より具体的には、相互作用によって引き起こされるワークストロークは、ワーキング流体をユニタリ進化中の孤立量子多体系として扱うことによってモデル化される。
一方、平衡ストロークは、作動流体を、熱いか冷たい貯水池として作用する別の準凝縮体に結合した開放量子系として扱うことでモデル化される。
均一な1次元ボースガスとは異なり、調和的に捕捉された準凝縮体は、純粋に \emph{heat} エンジンとして動作できない。
平衡ストローク中の力学の微視的処理により, このオットー化学エンジンの特性的運転時間スケールを評価することができ, 典型的な熱化時間スケールに関する「emph{ad hoc}」の仮定は不要である。
提案するOttoケミカルエンジンの性能を解析し,特に相互作用誘起のワークストロークが急激なクエンチによって実装された場合,効率と出力のトレードオフとして好適であることが確認された。
さらに、急激なクエンチ状態において、エンジンは最大出力を同時に達成しつつ、ほぼ断熱的(最大効率に近い)限界に近い効率で作動することを示した。
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