論文の概要: Beyond the Carnot limit: work extraction via an entropy battery

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.08989v1
• Date: Fri, 10 Oct 2025 04:15:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-14 00:38:48.107358
• Title: Beyond the Carnot limit: work extraction via an entropy battery
• Title（参考訳）: Carnotの限界を超えて:エントロピーバッテリーによる作業抽出
• Authors: Liam Judd McClelland,
• Abstract要約: 複数の保存量にまたがるアンサンブルの完全なエントロピー能力に乗じることができることを示す。 これにより、標準的なカルノット効率限界を超える効率でエネルギー的な作業が抽出される。 この研究は、スピノルボース=アインシュタイン凝縮体やスピントロニクスのような、近接エネルギーの縮退するスピン統計を必要とする分野に適用できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We explore the consequences of generalized thermodynamics, as interpreted from the perspective of information theory, on an ensemble's capacity to extract energetic work. We demonstrate that by utilizing unitary heat engines of different kinds, we can capitalize on the full entropy capacity of the ensemble across multiple conserved quantities. This leads to the extraction of energetic work with efficiencies surpassing the standard Carnot efficiency limit, all the while running at maximum power. This is achieved without requiring modified thermal sources, which is a method commonly used in the field of quantum heat engines. We pay particular attention to spin angular momentum, and show that when treated as a mutually independent conserved quantity, spin baths exhibit thermodynamic behaviour analogous to conventional heat baths, with corresponding quantities and models. This includes spin-analogous heat capacities, Einstein solid and Debye models, entropic responses, and Bose-Einstein and Fermi-Dirac statistics. Spin baths also follow the fluctuation-dissipation theorem. Further, we examine the role of particle statistics in determining the maximum entropy capacity of the battery. In doing so, we argue that indistinguishability is necessary for interactions to occur, motivating a perspective in which information itself is treated as the indistinguishable property of particles, with information (in the form of coherence) transferable between both physical degrees of freedom such as energy and spin, and particles when the system acts unitarily. This work will find application in fields that require near energy degenerate spin statistics, such as in spinor Bose-Einstein condensates and spintronics. Further, our method will have implications for the fields of quantum heat engines, quantum batteries, quantum error correction, and in information and resource theories.
• Abstract（参考訳）: 我々は、情報理論の観点から解釈した一般化熱力学の結果を、エネルギー的作業を引き出すためのアンサンブルの能力について探求する。 我々は,異なる種類のユニタリヒートエンジンを利用することで,複数の保存量のアンサンブルの全エントロピー容量を活用できることを実証した。 これにより、標準のカルノット効率限界を超越した効率のエネルギ的な作業が抽出され、その間は最大出力で実行されます。 これは、量子熱エンジンの分野で一般的に用いられる方法である修正熱源を必要とせずに達成される。 スピン角運動量には特に注意を払っており、互いに独立に保存された量として扱うと、スピン浴は対応する量とモデルで従来の熱浴と類似した熱力学的挙動を示す。 これにはスピン-アナログ熱容量、アインシュタイン固体およびデバイモデル、エントロピー応答、ボース・アインシュタインおよびフェルミ・ディラック統計が含まれる。 スピン浴はまた、ゆらぎ散逸定理に従う。 さらに,電池の最大エントロピー容量の決定における粒子統計値の役割について検討した。 そこで我々は,情報自体が粒子の識別不能な性質として扱われる視点を,エネルギーやスピンなどの物理的自由度と粒子が単位的に振る舞う際には,情報(コヒーレンスという形で)を伝達できる形で動機付ける。 この研究は、スピノルボース=アインシュタイン凝縮体やスピントロニクスのような、近接エネルギーの縮退するスピン統計を必要とする分野に応用される。 さらに,本手法は, 量子熱機関, 量子電池, 量子誤差補正, 情報および資源理論の分野に影響を及ぼす。

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