論文の概要: Force-current structure in Markovian open quantum systems and its applications: geometric housekeeping-excess decomposition and thermodynamic trade-off relations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.22628v1
• Date: Wed, 30 Oct 2024 01:10:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-31 14:26:34.600626
• Title: Force-current structure in Markovian open quantum systems and its applications: geometric housekeeping-excess decomposition and thermodynamic trade-off relations
• Title（参考訳）: マルコフ開量子系における力電流構造とその応用:幾何学的ハウスキーピング-過剰分解と熱力学的トレードオフ関係
• Authors: Kohei Yoshimura, Yoh Maekawa, Ryuna Nagayama, Sosuke Ito,
• Abstract要約: エントロピー生成速度は、力と電流演算子の積によって与えられることを示す。 この枠組みは離散古典系の非平衡熱力学と包括的に類似している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Thermodynamic force and irreversible current are the foundational concepts of classical nonequilibrium thermodynamics. Entropy production rate is provided by their product in classical systems, ranging from mesoscopic to macroscopic systems. However, there is no complete quantum extension of such a structure that respects quantum mechanics. In this paper, we propose anti-Hermitian operators that represent currents and forces accompanied by a gradient structure in open quantum systems described by the quantum master equation. We prove that the entropy production rate is given by the product of the force and current operators, which extends the canonical expression of the entropy production rate in the classical systems. The framework constitutes a comprehensive analogy with the nonequilibrium thermodynamics of discrete classical systems. We also show that the structure leads to the extensions of some results in stochastic thermodynamics: the geometric housekeeping-excess decomposition of entropy production and thermodynamic trade-off relations such as the thermodynamic uncertainty relation and the dissipation-time uncertainty relation. In discussing the trade-off relations, we will introduce a measure of fluctuation, which we term the quantum diffusivity.
• Abstract（参考訳）: 熱力学力と不可逆電流は古典的非平衡熱力学の基礎概念である。 エントロピー生産率は、メソスコピックからマクロスコピックまで、古典的なシステムで生産される。 しかし、そのような構造の完全な量子拡張は、量子力学を尊重するものではない。 本稿では、量子マスター方程式によって記述された開量子系の勾配構造に付随する電流と力を表す反エルミート作用素を提案する。 エントロピー生成速度は、古典系におけるエントロピー生成速度の標準表現を拡張する力と電流演算子の積によって与えられることを証明する。 この枠組みは離散古典系の非平衡熱力学と包括的に類似している。 また, この構造は, 熱力学的不確実性関係や散逸時間不確実性関係などのエントロピー生成の幾何的ハウスキーピング・過剰分解や熱力学的トレードオフ関係といった, 確率的熱力学におけるいくつかの結果の拡張につながることを示した。 トレードオフ関係を議論する際には、量子拡散率(quantum diffusivity)と呼ばれる変動の尺度を導入する。

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