論文の概要: Quantum thermodynamics in nonequilibrium

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.09074v1
• Date: Mon, 09 Feb 2026 13:52:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-11 20:17:43.174728
• Title: Quantum thermodynamics in nonequilibrium
• Title（参考訳）: 非平衡状態における量子熱力学
• Authors: Md Manirul Ali, Po-Wen Chen,
• Abstract要約: 我々は、コヒーレンスの量子資源理論と熱力学法則を統合することにより、非平衡量子熱力学の第一原理フレームワークを開発する。 理論を正確に解けるオープン量子系に適用すると、平衡熱力学が弱いカップリング限界において動的に現れることを明らかにする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Understanding thermodynamics far from equilibrium at the quantum scale remains a fundamental challenge, particularly in the presence of quantum coherence. Here we develop a first-principles framework for nonequilibrium quantum thermodynamics by integrating quantum resource theory of coherence with thermodynamic laws. We derive a previously unexplored entropy balance relation that explicitly separates entropy flux due to heat exchange from entropy production arising from the loss of quantum coherence. This formulation identifies the appropriate thermodynamic entropy in nonequilibrium quantum processes as the energy entropy associated with energy measurements, demonstrating that the von Neumann entropy does not, in general, represent thermodynamic entropy away from equilibrium. Within this framework, dynamical temperature, free energy, work, and heat are consistently defined, and both the first and second laws are shown to hold far from equilibrium. Applying the theory to an exactly solvable open quantum system, we reveal how equilibrium thermodynamics emerges dynamically in the weak-coupling limit. Our results establish a unified and operational foundation for nonequilibrium quantum thermodynamics and clarify the fundamental thermodynamic role of quantum coherence.
• Abstract（参考訳）: 量子スケールで平衡から遠い熱力学を理解することは、特に量子コヒーレンスの存在において、基本的な課題である。 ここでは、コヒーレンスの量子資源理論と熱力学法則を統合することにより、非平衡量子熱力学の第一原理フレームワークを開発する。 我々は、熱交換によるエントロピーフラックスと、量子コヒーレンスの喪失に起因するエントロピー生成とを明示的に分離する未探索エントロピーバランス関係を導出した。 この定式化は、非平衡量子過程における適切な熱力学的エントロピーをエネルギー測定に関連するエネルギーエントロピーとして定義し、フォン・ノイマンエントロピーが一般に平衡から離れた熱力学的エントロピーを表現していないことを示す。 この枠組みの中では、動的温度、自由エネルギー、仕事、熱が一貫して定義されており、第1法則と第2法則の両方が平衡から遠く離れていることが示されている。 理論を正確に解けるオープン量子系に適用すると、平衡熱力学が弱いカップリング限界において動的に現れることを明らかにする。 この結果は、非平衡量子熱力学の統一的で運用的な基礎を確立し、量子コヒーレンスの基本的な熱力学的役割を明らかにする。

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