論文の概要: Perturbative approach to the first law of quantum thermodynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.19941v1
• Date: Tue, 19 May 2026 15:00:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-20 15:03:09.454343
• Title: Perturbative approach to the first law of quantum thermodynamics
• Title（参考訳）: 量子熱力学の第一法則に対する摂動的アプローチ
• Authors: Mario Reis, Maron F. Anka, Vinicius Gomes de Paula, Clebson Cruz,
• Abstract要約: 量子熱力学では、熱と仕事へのエネルギー交換の分解は未解決の問題である。 近年の定式化により、量子コヒーレンスは、解釈がまだ議論中である追加のエネルギーコントリビューションを導入することが示されている。 熱力学量を2次に拡張することで、作業、熱、コヒーレンスへの明確な摂動補正を導出する。
• 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: In quantum thermodynamics, the decomposition of energy exchanges into heat and work remains an open problem beyond weak-coupling and slow-driving regimes. Recent formulations have shown that quantum coherence introduces additional energy contributions whose thermodynamic interpretation is still under debate, raising fundamental questions about the structure of the quantum first law. In this work, we investigate this problem through a time-dependent perturbative framework applied to the first law of quantum thermodynamics. By expanding the thermodynamic quantities up to second order, we derive explicit perturbative corrections for work, heat, and coherence contributions. Our results show that the coherence term can be consistently decomposed into coherent heat and coherent work, demonstrating that quantum coherence does not require the introduction of an independent energetic contribution beyond heat and work. The formalism resolves inconsistencies associated with previous formulations of the quantum first law, including the interpretation of coherence contributions and their connection with entropy fluxes. At second order, the perturbative corrections become directly connected to transition rates governed by Fermi's golden rule, establishing a bridge between microscopic quantum transitions and macroscopic thermodynamic quantities. These results provide a physically transparent framework to investigate coherence-driven thermodynamic processes and offer new perspectives for the analysis of driven quantum systems and nonequilibrium quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 量子熱力学では、熱と仕事へのエネルギー交換の分解は、弱いカップリングと遅い運転の体制を超えたオープンな問題である。 最近の定式化では、量子コヒーレンスは熱力学的解釈がまだ議論されている追加のエネルギー寄与を導入し、量子第一法則の構造に関する根本的な疑問を提起している。 本研究では,量子力学の第1法則に適用した時間依存摂動フレームワークを用いて,この問題を考察する。 熱力学量を2次に拡張することで、作業、熱、コヒーレンスへの明確な摂動補正を導出する。 この結果から、コヒーレンス項はコヒーレントな熱とコヒーレントな働きに一貫した分解が可能であり、量子コヒーレンスには熱や仕事以外の独立したエネルギー的貢献は必要ないことを示した。 この形式主義は、コヒーレンス寄与の解釈やエントロピーフラックスとの関係を含む、量子第一法則の以前の定式化に関連する矛盾を解消する。 2階目では、摂動補正はフェルミの黄金律によって支配される遷移速度と直結し、微視的な量子遷移とマクロな熱力学量の橋渡しが確立される。 これらの結果は、コヒーレンス駆動の熱力学過程を研究するための物理的に透明なフレームワークを提供し、駆動量子システムと非平衡量子技術の分析のための新しい視点を提供する。

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