論文の概要: The strong-coupling quantum thermodynamics of quantum Brownian motion based on the exact solution of its reduced density matrix
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.00277v1
- Date: Wed, 1 May 2024 02:00:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-02 16:47:02.544173
- Title: The strong-coupling quantum thermodynamics of quantum Brownian motion based on the exact solution of its reduced density matrix
- Title（参考訳）: 還元密度行列の正確な解に基づく量子ブラウン運動の強結合量子熱力学
- Authors: Chuan-Zhe Yao, Wei-Min Zhang,
- Abstract要約: 我々は、その還元密度行列の正確な解から、量子ブラウン運動の量子熱力学を導出する。
還元ハミルトニアンと還元されたブラウン粒子の分配関数は、著しく再正規化されなければならない。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1970409518725493
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We derive the quantum thermodynamics of quantum Brownian motion from the exact solution of its reduced density matrix. By exactly traced over all the reservoir states, we solve analytically and exactly the reduced density matrix of the Brownian particle from the total equilibrium thermal state of the system strongly entangling with its reservoir. We find that the reduced Hamiltonian and the reduced partition function of the Brownian particle must be renormalized significantly, as be generally shown in the nonperturbative renormalization theory of quantum thermodynamics we developed recently. A momentum-dependent potential is generated naturally from the linear coupling between the Brownian particle and the reservoir particles, after all the reservoir states are completely traced out. Moreover, beyond the weak coupling limit, it is imperative to take into account the non-negligible changes of the reservoir state induced by the system-reservoir coupling, in order to obtain the correctly reduced partition function of the Brownian particle. Using the exact solutions of the reduced density matrix, the renormalized Hamiltonian and the reduced partition function for the Brownian particle, we show that the controversial results from the different definitions of internal energy and the issue of the negative heat capacity in the previous studies of strong-coupling quantum thermodynamics are resolved.
- Abstract（参考訳）: 我々は、その還元密度行列の正確な解から、量子ブラウン運動の量子熱力学を導出する。
すべての貯水池状態を正確に追跡することにより、ブラウン粒子の密度行列を、その貯水池と強く絡み合う系の全平衡熱状態から、解析的に、正確に解くことができる。
私たちが最近開発した量子熱力学の非摂動的再正規化理論で一般的に示されるように、還元ハミルトン関数とブラウン粒子の分解関数は著しく再正規化されなければならない。
ブラウン粒子と貯水池粒子の線形結合から運動量依存電位が自然に生成され、すべての貯水池状態が完全に追跡される。
さらに, 弱結合限界を超えて, 系-貯留層結合によって誘導される貯水池状態の非無視的変化を考慮に入れ, ブラウン粒子の正確な分配関数を得る必要がある。
還元密度行列、再正規化ハミルトニアン、ブラウン粒子の分解関数の正確な解を用いて、強結合量子熱力学の以前の研究における内部エネルギーの異なる定義と負の熱容量の問題による議論の結果が解決されたことを示す。
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