論文の概要: Unification of Stochastic and Quantum Thermodynamics in Scalar Field Theory via a Model with Brownian Thermostat
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.03059v2
- Date: Tue, 11 Mar 2025 14:16:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-12 15:38:55.084409
- Title: Unification of Stochastic and Quantum Thermodynamics in Scalar Field Theory via a Model with Brownian Thermostat
- Title（参考訳）: ブラウンサーモスタットモデルによるスカラー場理論における確率・量子熱力学の統一
- Authors: T. Koide, F. Nicacio,
- Abstract要約: 実スカラー場理論における熱緩和のための量子マスター方程式を導出する体系的手法を提案する。
我々は、量子熱力学の第一法則と第二法則を満たす方法で、熱、仕事、エントロピーを定義する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: We present a systematic procedure to derive a quantum master equation for thermal relaxation in real scalar field theory, expanding on the method proposed in [Koide and Nicacio, Phys. Lett. A494, 129277 (2024)]. We begin by introducing a generalized model for a classical scalar field interacting with a Brownian thermostat, consistent with stochastic thermodynamics. Applying canonical quantization to this model, we derive the corresponding quantum master equation, that is applicable to any form of the scalar field Hamiltonian. While its evolution is generally non-CPTP (Completely Positive and Trace-Preserving), it can be adjusted to describe a CPTP evolution, such as those found in the GKSL (Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad) equation by appropriately tuning the parameters of the model. In this framework, we define heat, work, and entropy in a way that satisfies the first and second laws of quantum thermodynamics. This suggests that the quantum-classical correspondence extends beyond closed systems governed by unitary time evolution to open systems as well. We further investigate the relation between the second law in quantum thermodynamics and relative entropy, providing insights into the study of quantum fluctuations through information-theoretical techniques in quantum field theory.
- Abstract（参考訳）: 実スカラー場理論における熱緩和の量子マスター方程式を導出する体系的手法を, [Koide and Nicacio, Phys. Lett. A494, 129277 (2024)] で提案した手法に展開する。
まず、ブラウンサーモスタットと相互作用する古典スカラー場に対する一般化モデルを導入し、確率的熱力学と整合する。
このモデルに正準量子化を適用することで、スカラー場ハミルトニアンの任意の形式に適用可能な対応する量子マスター方程式を導出する。
その進化は一般に非CPTP(Completely Positive and Trace-Preserving)であるが、モデルのパラメータを適切に調整することで、GKSL(Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad)方程式に見られるようなCPTP進化を記述するように調整することができる。
この枠組みでは、量子熱力学の第1法則と第2法則を満たす方法で、熱、仕事、エントロピーを定義する。
このことは、量子古典的対応が開系への単位時間進化によって支配される閉系を超えて広がることを示唆している。
さらに、量子熱力学における第二法則と相対エントロピーの関係を考察し、量子場理論における情報-理論的手法による量子ゆらぎの研究に関する洞察を与える。
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