論文の概要: Emergence of a second law of thermodynamics in isolated quantum systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.01677v1
- Date: Mon, 3 Jun 2024 18:00:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-05 21:11:55.599223
- Title: Emergence of a second law of thermodynamics in isolated quantum systems
- Title（参考訳）: 孤立量子系における熱力学第二法則の創発
- Authors: Florian Meier, Tom Rivlin, Tiago Debarba, Jake Xuereb, Marcus Huber, Maximilian P. E. Lock,
- Abstract要約: 熱力学の第2法則は、孤立系のエントロピーは時間とともにしか増加しないと述べている。
これは、Schr"odinger方程式の下で孤立量子系の可逆進化と矛盾しているように見える。
与えられた可観測性に関するエントロピーは、系のユニタリ進化の過程でその平衡値に傾向を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.21990652930491852
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The second law of thermodynamics states that the entropy of an isolated system can only increase over time. This appears to conflict with the reversible evolution of isolated quantum systems under the Schr\"odinger equation, which preserves the von Neumann entropy. Nonetheless, one finds that with respect to many observables, expectation values approach a fixed value -- their equilibrium value. This ultimately raises the question: in what sense does the entropy of an isolated quantum system increase over time? For classical systems, one introduces the assumption of a low entropy initial state along with the concept of ignorance about the microscopic details of the physical system, leading to a statistical interpretation of the second law. By considering the observables through which we examine quantum systems, both these assumptions can be incorporated, building upon recent studies of the equilibration on average of observables. While the statistical behavior of observable expectation values is well-established, a quantitative connection to entropy increase has been lacking so far. In deriving novel bounds for the equilibration of observables, and considering the entropy of the system relative to observables, we recover a variant of the second law: the entropy with respect to a given observable tends towards its equilibrium value in the course of the system's unitary evolution. These results also support recent findings which question the necessity of non-integrability for equilibration in quantum systems. We further illustrate our bounds using numerical results from the paradigmatic example of a quantum Ising model on a chain of spins. There, we observe entropy increasing up to equilibrium values, as well as fluctuations which expose the underlying reversible evolution in accordance with the derived bounds.
- Abstract（参考訳）: 熱力学の第2法則は、孤立系のエントロピーは時間とともにしか増加しないと述べている。
これは、フォン・ノイマンのエントロピーを保存するシュリンガー方程式の下で孤立量子系の可逆的進化と矛盾しているように見える。
それでも、多くの観測可能な値に対して期待値は、その平衡値である固定値に近づくことが分かる。
どのようにして、孤立量子系のエントロピーは時間とともに増加するのだろうか?
古典系では、物理系の微妙な詳細についての無知の概念とともに、低エントロピー初期状態の仮定を導入し、第二法則の統計的解釈をもたらす。
量子系を探索する観測可能量を考えると、これらの仮定はどちらも組み込まれ、観測可能量の平均の平衡に関する最近の研究に基づいている。
観測可能な期待値の統計的挙動は良好に確立されているが、エントロピーへの定量的な関係は今のところ欠落している。
可観測物の平衡に関する新しい境界を導出し、可観測物に対する系のエントロピーを考えると、与えられた可観測物に対するエントロピーは系のユニタリ進化の過程でその平衡値に傾くという第二法則の変則を回復する。
これらの結果は、量子系における平衡の非可積分性の必要性を疑問視する最近の知見を支持している。
さらに、スピンの連鎖上の量子イジングモデルのパラダイム的な例から得られる数値的な結果を用いて、我々の境界をさらに説明します。
そこでは、平衡値まで増加するエントロピーと、導出された境界に従って、基礎となる可逆的進化を明らかにする揺らぎを観察する。
関連論文リスト
- On the evolution of expected values in open quantum systems [44.99833362998488]
期待値の進化に寄与する3つの要因を同定する。
場合によっては、変化のエネルギーレートに対する非熱的寄与は、エルミート作用素の期待値として表すことができる。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-02-29T06:47:28Z) - Limiting flux in quantum thermodynamics [0.0]
量子系において、エントロピー生成は典型的には2つの状態の間の量子相対エントロピーとして定義される。
我々は、量子相対エントロピーの観点でそのようなフラックスに対する新しい上限を提案し、平衡から遠く、強い結合状態においても適用できる。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-11-22T17:17:23Z) - Full counting statistics as probe of measurement-induced transitions in
the quantum Ising chain [62.997667081978825]
局所射影測定は局所磁化の平衡外確率分布関数の修正をもたらすことを示す。
特に, 前者の確率分布が, 地域法規と容積法則で異なる振る舞いを示すかを説明する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-12-19T12:34:37Z) - W entropy in hard-core system [5.156535834970047]
量子力学において、量子状態の進化は時間反転について対称であり、熱力学的エントロピーと量子エントロピーの間に矛盾をもたらす。
We study the W entropy, which is calculated from the probability distribution of the wave function on Wannier basis, in hard-core boson system。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-10-01T03:24:10Z) - Observational entropy, coarse quantum states, and Petz recovery:
information-theoretic properties and bounds [1.7205106391379026]
観測エントロピーの数学的性質を情報理論の観点から検討する。
本稿では,一般に適用される観測エントロピーの新たな境界,および逐次および後処理の測定に関する境界と同一性について述べる。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-09-08T13:22:15Z) - Demonstrating Quantum Microscopic Reversibility Using Coherent States of
Light [58.8645797643406]
本研究では, 量子系が熱浴と相互作用する際の可視性に関する量子一般化を実験的に提案する。
微視的可逆性の原理に対する量子修正が低温限界において重要であることを検証した。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-05-26T00:25:29Z) - Growth of entanglement entropy under local projective measurements [0.0]
局所射影測定により,エンタングルメントエントロピーの時間成長の質的変化が生じることを示す。
定常状態においては、絡み合いエントロピーの対数的挙動は熱力学の極限では生き残れない。
エンタングルメントエントロピーのための単一領域法相の存在を数値的に示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-09-22T16:56:35Z) - Catalytic Transformations of Pure Entangled States [62.997667081978825]
エンタングルメントエントロピー(英: entanglement entropy)は、純粋状態の量子エンタングルメントのフォン・ノイマンエントロピーである。
エンタングルメント・エントロピーとエンタングルメント・蒸留との関係は設定のためだけに知られており、シングルコピー体制におけるエンタングルメント・エントロピーの意味はいまだオープンである。
この結果から, 量子情報処理に使用する二部質純状態における絡み合いの量は, 絡み合いエントロピーによって定量化され, かつ, 絡み合いの単一コピー構成においても, 運用上の意味を持つことが明らかとなった。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-02-22T16:05:01Z) - Entropy production in the quantum walk [62.997667081978825]
我々は、エントロピー生産の観点から、直線上の離散時間量子ウォークの研究に焦点をあてる。
コインの進化は、ある有効温度で格子とエネルギーを交換するオープンな2段階のシステムとしてモデル化できると論じる。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-04-09T23:18:29Z) - Out-of-equilibrium quantum thermodynamics in the Bloch sphere:
temperature and internal entropy production [68.8204255655161]
オープンな2レベル量子系の温度に対する明示的な表現を得る。
この温度は、システムが熱貯水池と熱平衡に達すると環境温度と一致する。
この理論の枠組みでは、全エントロピー生産は2つの貢献に分けることができる。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-04-09T23:06:43Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。