論文の概要: Emergence of the 2nd Law in an Exactly Solvable Model of a Quantum Wire

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.05514v1
• Date: Fri, 09 Jan 2026 03:56:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-12 17:41:49.834028
• Title: Emergence of the 2nd Law in an Exactly Solvable Model of a Quantum Wire
• Title（参考訳）: 量子ワイヤの厳密解モデルにおける第2法則の成立
• Authors: Marco A. Jimenez-Valencia, Charles A. Stafford,
• Abstract要約: 量子ワイヤにおけるジュール加熱によるエントロピー生成は自動的には発生しないことを示す。 本研究では, 熱電プローブの連成による多数の局所測定の限界において, 期待エントロピー生成が実現されていることを示す。 局所測定によって導入された非弾性過程によるデコヒーレンスは, ジュール加熱によるエントロピー生成現象に不可欠である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: As remarked by Boltzmann, the Second Law of Thermodynamics is notable for the fact that it is readily proved using elementary statistical arguments, but becomes harder and harder to verify the more precise the microscopic description of a system. In this article, we investigate one particular realization of the 2nd Law, namely Joule heating in a wire under electrical bias. We analyze the production of entropy in an exactly solvable model of a quantum wire wherein the conserved flow of entropy under unitary quantum evolution is taken into account using an exact formula for the entropy current of a system of independent quantum particles. In this exact microscopic description of the quantum dynamics, the entropy production due to Joule heating does not arise automatically. Instead, we show that the expected entropy production is realized in the limit of a large number of local measurements by a series of floating thermoelectric probes along the length of the wire, which inject entropy into the system as a result of the information obtained via their continuous measurements of the system. The decoherence resulting from inelastic processes introduced by the local measurements is essential to the phenomenon of entropy production due to Joule heating, and would be expected to arise due to inelastic scattering in real systems of interacting particles.
• Abstract（参考訳）: ボルツマン(Boltzmann)が述べたように、熱力学第二法則(Second Law of Thermodynamics)は、基本的な統計学的議論によって容易に証明されるが、システムのより正確な顕微鏡的記述を検証するのが難しくなるという事実で有名である。 本稿では,第2法則の具体的実現,すなわち電気バイアス下でのワイヤ内のジュール加熱について検討する。 我々は、独立量子粒子系のエントロピー電流の正確な式を用いて、ユニタリ量子進化下でのエントロピーの保存流れを考慮に入れた、量子ワイヤの正確に解けるモデルにおけるエントロピーの生成を分析する。 この正確な量子力学の記述では、ジュール加熱によるエントロピー生成は自動的には発生しない。 その代わり, 熱電プローブの連続的な測定によって得られた情報により, システム内にエントロピーを注入するワイヤ長に沿って, 一連の浮動型熱電プローブによって, 多数の局所測定の限界において, 期待エントロピー生成が実現されることを示す。 局所測定によって導入された非弾性過程から生じる非弾性は、ジュール加熱によるエントロピー生成現象に不可欠であり、相互作用する粒子の実際の系における非弾性散乱によって生じることが期待できる。

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