論文の概要: Geometric Thermodynamics in Open Quantum Systems: Coherence, Curvature, and Work

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.22452v1
• Date: Mon, 23 Mar 2026 18:21:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-25 19:53:37.139205
• Title: Geometric Thermodynamics in Open Quantum Systems: Coherence, Curvature, and Work
• Title（参考訳）: 開量子系における幾何学的熱力学:コヒーレンス、曲率、仕事
• Authors: Eric R. Bittner,
• Abstract要約: 制御多様体上の力学をパラメータ化することにより、開量子系の準静熱力学の幾何学的枠組みを定式化する。 準静的極限において、系は定常状態の多様体に従い、サイクル上で実行される作業は曲率2-形式のフラックスによって与えられる。 熱定常状態の場合、曲率は等方的であり、瞬時エネルギースケールにのみ依存する。 このコヒーレンスによって曲率が逆転し、異方性と符号が変化し、サイクルの配置と向きに敏感に作用することを示す。
• 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 formulate a geometric framework for quasistatic thermodynamics in open quantum systems by parameterizing the dynamics on a control manifold. In the quasistatic limit, the system follows a manifold of stationary states, and the work performed over a cycle is given by the flux of a curvature two-form, $W \sim \int Ω$, defined by the parametric response of the stationary state, establishing an open-system analog of classical thermodynamic area laws. For thermal stationary states, the curvature is isotropic and depends only on the instantaneous energy scale, yielding a population-driven geometry in which environmental parameters reshape how work is distributed across the control manifold. Beyond this limit, nonequilibrium stationary states can retain coherence in the energy representation; using a fixed-basis Lindblad model, we show that this coherence reshapes the curvature, making it anisotropic and sign-changing, so that work depends sensitively on the placement and orientation of the cycle. Quantum coherence therefore partitions the control manifold into regions of opposite curvature, producing geometric cancellation of work and allowing the net work over a cycle to be reduced or reversed despite dissipative dynamics. Thermodynamic work thus emerges as a curvature flux whose structure is set by thermodynamic response in classical systems and by basis misalignment between the Hamiltonian eigenbasis and the environment-selected pointer basis in open quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 制御多様体上の力学をパラメータ化することにより、開量子系の準静熱力学の幾何学的枠組みを定式化する。 準静的極限において、系は定常状態の多様体に従い、サイクル上で実行される作業は、定常状態のパラメトリック応答によって定義される曲率2-形式の束$W \sim \int Ω$によって与えられ、古典的熱力学領域法則の開系類似性を確立する。 熱定常状態の場合、曲率は等方的であり、即時エネルギースケールにのみ依存し、環境パラメータが制御多様体にどのように分散するかを再構成する集団駆動幾何を与える。 この限界を超えて、非平衡定常状態はエネルギー表現におけるコヒーレンスを維持することができ、固定基底リンドブラッドモデルを用いて、このコヒーレンスが曲率を再評価し、異方性と符号変化を生じさせ、サイクルの配置と向きに敏感に作用することを示した。 したがって、量子コヒーレンス(英語版)は制御多様体を反対の曲率の領域に分割し、幾何的な仕事のキャンセルを発生させ、散逸動力学にもかかわらず、周期上のネット作業が減少または反転することを可能にする。 したがって、熱力学の研究は、古典力学系における熱力学的応答と、ハミルトニアン固有基底と開量子系における環境選択ポインタ基底との相違によって構造が設定される曲率フラックスとして現れる。

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