論文の概要: Thermodynamic Cost of Regeneration in a Quantum Stirling Cycle

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.04538v1
• Date: Wed, 04 Feb 2026 13:29:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-05 19:45:11.538496
• Title: Thermodynamic Cost of Regeneration in a Quantum Stirling Cycle
• Title（参考訳）: 量子スターリングサイクルにおける再生の熱力学的コスト
• Authors: Ferdi Altintas,
• Abstract要約: 我々は,標準的な弱結合型マルコフ開量子系における再生量子スターリング熱エンジンサイクルについて検討した。 サイクル効率を改良することにより、必要な作業入力を明示的な再生コストとして扱う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We study the regenerative quantum Stirling heat engine cycle within the standard weak-coupling, Markovian open quantum system framework. We point out that the regeneration process is not thermodynamically free in a reduced open-system description, and we treat the required work input as an explicit regeneration cost by modifying the cycle efficiency accordingly. We consider two working substances--a single spin-$1/2$ and a pair of interacting spin-$1/2$ particles--and investigate the cycle performance by taking the regeneration cost at its minimum value set by the Carnot heat-pump limit. For comparison, we also analyze the conventional Stirling cycle without regeneration under the same conditions. The super-Carnot efficiencies reported under the cost-free regeneration assumption disappear once the regeneration cost is included: the modified efficiency stays below the Carnot bound, while still remaining higher than the efficiency of the conventional Stirling cycle. For the conventional Stirling cycle, we provide a rigorous Carnot bound using quantum relative entropy, whereas for the regenerative cycle we derive a sufficient lower bound on the regeneration cost that guarantees thermodynamic consistency. Finally, we suggest three candidate quantum regenerator models for future work.
• Abstract（参考訳）: 我々は,標準的な弱結合型マルコフ開量子系における再生量子スターリング熱エンジンサイクルについて検討した。 再生プロセスはオープンシステム記述の削減において熱力学的に自由ではないことを指摘し、サイクル効率を改良して必要な作業入力を明示的な再生コストとして扱う。 本研究では, 1 つのスピン-1/2$ と 1 つの相互作用スピン-1/2$ の2つの作用物質について検討し, 再生コストをカーノーヒートポンプ限界で設定した最小値にすることでサイクル性能について検討する。 また,同条件下での再生を伴わない従来のスターリングサイクルを解析した。 コストフリー再生仮定の下で報告されたスーパーカーノット効率は、再生コストが含まれれば消滅する: 修正された効率は、従来のスターリングサイクルの効率よりも高いままカーノット境界以下に留まる。 従来のスターリングサイクルでは、量子相対エントロピーを用いた厳密なカルノーバウンドを提供するが、再生サイクルでは、熱力学的整合性を保証する再生コストに十分な低いバウンドを導出する。 最後に,今後の研究に向けた3つの量子再生モデルを提案する。

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