論文の概要: Finite-Time Processes In Quantum Thermodynamics: The Limits Of Irreversibility
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.18903v1
- Date: Thu, 24 Oct 2024 16:48:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-25 16:42:43.674669
- Title: Finite-Time Processes In Quantum Thermodynamics: The Limits Of Irreversibility
- Title（参考訳）: 量子熱力学における有限時間過程--可逆性の限界
- Authors: Alberto Rolandi,
- Abstract要約: 物理過程における不可逆性の出現は、量子力学の可逆性にも拘わらず、物理学において未解決の問題である。
この論文は、量子力学と熱力学の複雑な関係を探求している。
量子力学の可逆的微視的枠組みから不可逆的熱力学挙動を導出する課題に取り組む。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The emergence of irreversibility in physical processes, despite the fundamentally reversible nature of quantum mechanics, remains an open question in physics. This thesis explores the intricate relationship between quantum mechanics and thermodynamics, with a particular focus on minimizing entropy production in finite-time processes. By employing tools from quantum information theory and geometric thermodynamics, we tackle the challenge of deriving irreversible thermodynamic behavior from the reversible microscopic framework of quantum mechanics. We begin with a comprehensive review of the laws of thermodynamics, setting the stage for the subsequent analyses. We introduce novel developments in quantum thermodynamics through a generalized framework for geometric thermodynamics, which enables the derivation of finite-time corrections beyond the Markovian regime. Building on this foundation, we extend Landauer's principle by incorporating a finite-time correction that highlights the necessity of strong coupling for optimal information erasure processes. This result underscores the emergence of Planckian time as a fundamental speed limit to thermalization. Additionally, we explore how collective effects can be harnessed to reduce energy dissipation in thermodynamic operations, revealing that classical correlations between systems can significantly mitigate dissipation, though this may pose new questions regarding the third law of thermodynamics. Finally, we optimize thermodynamic processes in mesoscopic systems, including quantum dot engines and information engines. These findings not only enhance our understanding of the fundamental limits of irreversibility but also open new avenues for research. Future works will focus on fully exploiting collective effects, aligning these with the third law of thermodynamics, and understanding the thermodynamic consistency of master equations.
- Abstract（参考訳）: 物理過程における不可逆性の出現は、量子力学の根本的な可逆性にもかかわらず、物理学において未解決の問題である。
この論文は、量子力学と熱力学の複雑な関係を探求し、特に有限時間過程におけるエントロピー生成を最小化することに焦点を当てている。
量子情報理論と幾何学的熱力学のツールを用いることで、量子力学の可逆的微視的枠組みから不可逆的熱力学の振る舞いを導き出すという課題に取り組む。
まず、熱力学の法則を概観し、その後の分析の段階を定めます。
幾何学的熱力学の一般化された枠組みを通じて量子熱力学の新たな発展を紹介し、マルコフ体制を超えた有限時間補正の導出を可能にする。
この基礎の上に、最適情報消去プロセスにおける強い結合の必要性を強調する有限時間補正を組み込むことで、ランダウアーの原理を拡張した。
この結果は、プランク時間(英語版)の出現を熱化の基本的な速度限界として示している。
さらに, 熱力学的操作におけるエネルギー散逸を低減するために, 集合的効果をどのように活用するかを考察し, システム間の古典的相関が散逸を著しく緩和することを示した。
最後に、量子ドットエンジンや情報エンジンを含むメソスコピックシステムの熱力学過程を最適化する。
これらの知見は、不可逆性の基本的な限界に対する理解を深めるだけでなく、研究のための新たな道を開いた。
今後の研究は、集合効果を完全に活用し、これらを熱力学の第3法則と整合させ、マスター方程式の熱力学的一貫性を理解することに集中する。
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