論文の概要: Fundamental precision limits in finite-dimensional quantum thermal machines
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.07271v3
- Date: Wed, 09 Jul 2025 15:40:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-10 15:30:51.966191
- Title: Fundamental precision limits in finite-dimensional quantum thermal machines
- Title（参考訳）: 有限次元量子熱機械の基本精度限界
- Authors: Yoshihiko Hasegawa,
- Abstract要約: 開量子熱機械の相対的分散と可観測物の期待に関する力学非依存境界を導出する。
本研究は,量子熱機械の精度に関する基礎的限界について考察した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9580473532948401
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Enhancing the precision of a thermodynamic process inevitably necessitates a thermodynamic cost. This notion was recently formulated as the thermodynamic uncertainty relation, which states that the relative variance of thermodynamic currents decreases as entropy production increases. From another viewpoint, the thermodynamic uncertainty relation implies that if entropy production were allowed to become infinitely large, the relative variance could approach zero. However, it is evident that realizing infinitely large entropy production is infeasible in reality. This indicates that physical constraints impose fundamental precision limits on the system, independent of its dynamics. In this study, we derive dynamics-independent bounds on the relative variance and the expectation of observables for open quantum thermal machines operating within a finite-dimensional system and environment. These bounds are governed by the minimum eigenvalue factor, which sets the maximum entropy production attainable by the quantum dynamics and mirrors the concept of dynamical activity in classical stochastic thermodynamics. Additionally, we investigate how quantum coherence affects these fundamental bounds, demonstrating that the presence of coherence can enhance the precision limits. Our findings provide insights into fundamental limits on the precision of quantum thermal machines.
- Abstract（参考訳）: 熱力学的プロセスの精度を高めるには、必然的に熱力学的コストが必要になる。
この概念は最近、熱力学的不確実性関係として定式化され、エントロピーの生成が増加するにつれて、熱力学的電流の相対的な分散が減少することを示した。
別の観点からは、熱力学的不確実性関係は、エントロピー生成が無限大になることが許された場合、相対的な分散はゼロに近づく可能性があることを意味する。
しかし、無限大のエントロピー生成を実現することは現実には不可能であることは明らかである。
これは、物理的制約がシステムに基本的な精度制限を課し、その力学とは無関係であることを示している。
本研究では,有限次元システムと環境で動作するオープン量子熱機械の相対的分散と可観測物の期待に関する力学非依存境界を導出する。
これらの境界は最小固有値因子によって制御され、量子力学によって達成可能な最大エントロピー生成を設定でき、古典確率熱力学における力学活性の概念を反映している。
さらに、量子コヒーレンスがこれらの基本的境界にどのように影響するかを調べ、コヒーレンスの存在が精度の限界を高めることを実証する。
本研究は,量子熱機械の精度に関する基礎的限界について考察した。
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