Extraction Of Ergotropy: Free Energy Bound And Application To Open Cycle Engines

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Tanmoy Biswas¹, Marcin Łobejko¹, Paweł Mazurek¹, Konrad Jałowiecki²ja Michał Horodecki¹

¹Rahvusvaheline kvanttehnoloogiate teooria keskus, Gdanski ülikool, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdansk, Poola
²Poola Teaduste Akadeemia teoreetilise ja rakendusinformaatika instituut, Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Poola

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

Termodünaamika teine seadus kasutab makroskoopiliste süsteemide vaba energia muutust, et seada tehtud tööle piir. Ergotroopia mängib mikroskoopilistes stsenaariumides sarnast rolli ja seda määratletakse kui maksimaalset energiahulka, mida saab süsteemist ühtse toiminguga eraldada. Selles analüüsis kvantifitseerime, kui palju ergotroopiat saab süsteemis esile kutsuda süsteemi koostoime tulemusena termilise vanniga, pidades silmas selle kasutamist mikroskoopiliste masinate töö allikana. Pakume põhipiirangut ergotroopia hulgale, mida saab sel viisil keskkonnast eraldada. Piirkonda väljendatakse mittetasakaalu vaba energia erinevusena ja see võib olla küllastunud süsteemi Hamiltoni lõpmatu mõõtme piiris. Selle küllastumiseni viivat ergotroopia ekstraheerimise protsessi analüüsitakse arvuliselt lõplike mõõtmetega süsteemide jaoks. Lisaks rakendame ideed keskkonnast ergotroopia eraldamiseks uue klassi löögisoojusmootorite kavandamisel, mida me nimetame avatud tsükliga mootoriteks. Nende masinate efektiivsust ja tööjõudlust saab täielikult optimeerida 2. ja 3. mõõtmetega süsteemide jaoks ning suuremate mõõtmete jaoks on ette nähtud numbriline analüüs.

► BibTeX-i andmed

@article{Biswas2022väljavõte, doi = {10.22331/q-2022-10-17-841}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-10-17-841}, title = {Ergotroopia eraldamine: vaba energiaga seotud ja rakendamine avatud tsükliga mootoritele}, autor = {Biswas, Tanmoy ja {L{}}obejko, Marcin ja Mazurek, Pawe{l{}} ja Ja{l{}}owiecki, Konrad ja Horodecki, Micha{l{}}}, ajakiri = {{Kvant}}, issn = {2521-327X}, väljaandja = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, helitugevus = {6}, lehekülge = {841}, kuu = okt, aasta = {2022} }

► Viited

[1] Åberg J. Tõeliselt töölaadne töö eraldamine ühekordse analüüsi abil. Looduskommunikatsioonid. 2013 juuni;4(1):1925. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1038/ncomms2712.
https:///doi.org/10.1038/ncomms2712

[2] Seifert U. Tugeva sidestuse termodünaamika esimene ja teine seadus. Phys Rev Lett. 2016 jaanuar;116:020601. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.020601.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.020601

[3] Strasberg P, Esposito M. Mittemarkovisuse ja negatiivse entroopia tootmismäärad. Phys Rev E. 2019 jaanuar;99:012120. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.99.012120.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.99.012120

[4] Brandão F, Horodecki M, Ng N, Oppenheim J, Wehner S. Kvanttermodünaamika teised seadused. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2015;112(11):3275-9. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1073/pnas.1411728112.
https:///doi.org/10.1073/pnas.1411728112

[5] Skrzypczyk P, Short AJ, Popescu S. Töö ekstraheerimine ja termodünaamika üksikute kvantsüsteemide jaoks. Looduskommunikatsioonid. 2014;5(1):4185. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1038/ncomms5185.
https:///doi.org/10.1038/ncomms5185

[6] Biswas T, Junior AdO, Horodecki M, Korzekwa K. Fluctuation-dissipation suhted termodünaamiliste destilleerimisprotsesside jaoks. Phys Rev E. 2022 mai;105:054127. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.105.054127.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.105.054127

[7] Jarzynski C. Vabade energiaerinevuste mittetasakaaluline võrdsus. Phys Rev Lett. 1997 aprill, 78:2690-3. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.2690.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.2690

[8] Esposito M, Harbola U, Mukamel S. Nonequilibrium fluktuatsioonid, fluktuatsiooniteoreemid ja loendusstatistika kvantsüsteemides. Rev Mod Phys. 2009 detsember;81:1665-702. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1665.
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1665

[9] Campisi M, Hänggi P, Talkner P. Kollokvium: Quantum fluktuatsioonisuhted: alused ja rakendused. Rev Mod Phys. 2011 juuli;83:771-91. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.83.771.
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.83.771

[10] Alhambra AM, Masanes L, Oppenheim J, Perry C. Fluctuating Work: From Quantum Thermodynamical Identities to a Second Law Equality. Phys Rev X. 2016 okt;6:041017. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.6.041017.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.6.041017

[11] Allahverdyan AE, Balian R, Nieuwenhuizen TM. Maksimaalne töö eraldamine lõplikest kvantsüsteemidest. Europhysics Letters (EPL). 2004 aug;67(4):565-71. Saadaval alates:.
https:///doi.org/10.1209/epl/i2004-10101-2

[12] Ruch E, Mead A. Segamise iseloomu suurendamise põhimõte ja mõned selle tagajärjed. Theoretica chimica acta. 1976 aprill;41:042110. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1007/BF01178071.
https:///doi.org/10.1007/BF01178071

[13] Alicki R, Fannes M. Põimumisvõimendus kvantpatareide ansamblitest eraldatava töö jaoks. Füüsiline ülevaade E. 2013 apr;87(4). Saadaval aadressilt: http:///doi.org/10.1103/PhysRevE.87.042123.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.87.042123

[14] Binder FC, Vinjanampathy S, Modi K, Goold J. Quantacell: kvantakude võimas laadimine. Uus füüsika ajakiri. 2015 juuli;17(7):075015. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1088/1367-2630/17/7/075015.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/7/075015

[15] Campaioli F, Pollock FA, Binder FC, Céleri L, Goold J, Vinjanampathy S jt. Kvantpatareide laadimisvõimsuse suurendamine. Phys Rev Lett. 2017 aprill;118:150601. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.150601.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.150601

[16] Monsel J, Fellous-Asiani M, Huard B, Auffèves A. Tööde ekstraheerimise energeetiline hind. Phys Rev Lett. 2020 märts;124:130601. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.130601.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.130601

[17] Hovhannisyan KV, Barra F, Imparato A. Laadimine, mida toetab termiseerimine. Phys Rev Research. 2020 september;2:033413. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033413.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033413

[18] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Passiivsete olekute struktuur ja selle mõju kvantpatareide laadimisel. Phys Rev E. 2020 august;102:022106. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.102.022106.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.102.022106

[19] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Bound on ergotropic gap for bipartite separable states. Phys Rev A. 2019 mai;99:052320. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.052320.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.052320

[20] Puliyil S, Banik M, Alimuddin M. Tõeliselt mitmeosalise takerdumise termodünaamilised signatuurid. Phys Rev Lett. 2022 august;129:070601. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.070601.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.070601

[21] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Töö ja entroopia sõltumatus võrdse energiaga lõplike kvantsüsteemide puhul: Passiivolekuenergia kui takerdumise kvantor. Phys Rev E. 2020 juuli;102:012145. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.102.012145.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.102.012145

[22] Francica G, Binder FC, Guarnieri G, Mitchison MT, Goold J, Plastina F. Kvantsidusus ja ergotroopia. Phys Rev Lett. 2020 oktoober;125:180603. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.180603.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.180603

[23] Sone A, Deffner S. Kvant- ja klassikaline ergotroopia suhtelistest entroopiatest. Entroopia. 2021;23(9). Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.3390/e23091107.
https:///doi.org/10.3390/e23091107

[24] Pusz W, Woronowicz SL. Passiivsed olekud ja KMS olekud üldiste kvantsüsteemide jaoks. Comm Math Phys. 1978;58(3):273-90. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1007/BF01614224.
https:///doi.org/10.1007/BF01614224

[25] Sparaciari C, Jennings D, Oppenheim J. Passiivsete olekute energeetiline ebastabiilsus termodünaamikas. Looduskommunikatsioonid. 2017 detsember;8(1):1895. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1038/s41467-017-01505-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-017-01505-4

[26] Łobejko M, Mazurek P, Horodecki M. Minimaalse sidumise kvantsoojusmootorite termodünaamika. Kvant. 2020 detsember;4:375. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375.
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375

[27] Łobejko M. Tihe teise seaduse ebavõrdsus koherentsete kvantsüsteemide ja piiratud suurusega soojusvannide jaoks. Looduskommunikatsioonid. 2021 veebruar;12(1):918. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4

[28] Scovil HED, Schulz-DuBois EO. Kolmetasandilised Maserid kui soojusmootorid. Phys Rev Lett. 1959 märts;2:262-3. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.262.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.262

[29] Scully MO. Quantum Afterburner: ideaalse soojusmootori tõhususe parandamine. Phys Rev Lett. 2002 jaanuar;88:050602. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.050602.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.050602

[30] Jacobs K. Kvantmõõtmine ja termodünaamika esimene seadus: Mõõtmise energiakulu on omandatud informatsiooni tööväärtus. Physical Review E. 2012 okt;86(4). Saadaval aadressilt: http:///doi.org/10.1103/PhysRevE.86.040106.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.86.040106

[31] Goold J, Huber M, Riera A, Rio Ld, Skrzypczyk P. Kvantinformatsiooni roll termodünaamikas – aktuaalne ülevaade. Füüsika ajakiri A: matemaatika ja teoreetiline. 2016 veebruar;49(14):143001. Saadaval aadressilt: http:///doi.org/10.1088/1751-8113/49/14/143001.
https://doi.org/10.1088/1751-8113/49/14/143001

[32] Wilming H, Gallego R, Eisert J. Termodünaamika teine seadus kontrollipiirangute all. Füüsiline ülevaade E. 2016 apr;93(4). Saadaval aadressilt: http:///doi.org/10.1103/PhysRevE.93.042126.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.93.042126

[33] Perarnau-Llobet M, Wilming H, Riera A, Gallego R, Eisert J. Strong Coupling Corrections in Quantum Thermodynamics. Phys Rev Lett. 2018 märts;120:120602. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.120602.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.120602

[34] Alicki R. Kvant-avatud süsteem kui soojusmasina mudel. Füüsika ajakiri A: Matemaatika ja üldine. 1979 mai;12(5):L103-7. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1088/0305-4470/12/5/007.
https://doi.org/10.1088/0305-4470/12/5/007

[35] del Rio L, Åberg J, Renner R, Dahlsten O, Vedral V. Negatiivse entroopia termodünaamiline tähendus. Loodus. 2011 juuni;474(7349):61-3. Saadaval alates:.
https:///doi.org/10.1038/nature10123

[36] Horodecki M, Horodecki P, Oppenheim J. Pööratavad teisendused puhtast segaolekusse ja teabe unikaalne mõõt. Phys Rev A. 2003 juuni;67:062104. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.67.062104.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.67.062104

[37] Horodecki M, Oppenheim J. Kvant- ja nanoskaala termodünaamika põhipiirangud. Looduskommunikatsioonid. 2013;4(1):2059. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1038/ncomms3059.
https:///doi.org/10.1038/ncomms3059

[38] Åberg J. Katalüütiline sidusus. Phys Rev Lett. 2014 oktoober;113:150402. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.150402.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.150402

[39] Ng NHY, Mancinska L, Cirstoiu C, Eisert J, Wehner S. Limits to catalysis in quantum thermodynamics. Uus füüsika ajakiri. 2015 aug;17(8):085004. Saadaval alates:.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/8/085004

[40] Brunner N, Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Virtuaalsed kubitid, virtuaalsed temperatuurid ja termodünaamika alused. Phys Rev E. 2012 mai;85:051117. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.85.051117.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.85.051117

[41] Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Väiksemad võimalikud soojusmasinad. arXiv:10106029. 2010. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.48550/arXiv.1010.6029.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1010.6029
arXiv: 10106029

[42] Monsel J, Elouard C, Auffèves A. Autonoomne kvantmasin aja termodünaamilise noole mõõtmiseks. npj kvantteave. 2018 november;4:59. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1038/s41534-018-0109-8.
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0109-8

[43] Roulet A, Nimmrichter S, Arrazola JM, Seah S, Scarani V. Autonoomse rootori soojusmootor. Phys Rev E. 2017 juuni;95:062131. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.95.062131.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.95.062131

[44] Kosloff R, Levy A. Kvantsoojusmootorid ja külmikud: pidevad seadmed. Füüsikalise keemia aastaülevaade. 2014;65(1):365-93. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1146/annurev-physchem-040513-103724.
https:///doi.org/10.1146/annurev-physchem-040513-103724

[45] Niedenzu W, Huber M, Boukobza E. Töö kontseptsioonid autonoomsetes kvantsoojusmootorites. Kvant. 2019 oktoober; 3:195. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.22331/q-2019-10-14-195.
https://doi.org/10.22331/q-2019-10-14-195

[46] von Lindenfels D, Gräb O, Schmiegelow CT, Kaushal V, Schulz J, Mitchison MT jt. Pöörlemissoojusmootor, mis on ühendatud harmoonilise ostsillaatori hoorattaga. Phys Rev Lett. 2019 august;123:080602. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.080602.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.080602

[47] Singh V. Kolmeastmelise kvantsoojusmasina optimaalne töö ja efektiivsuse universaalne olemus. Phys Rev Research. 2020 november;2:043187. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.043187.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.043187

[48] Andolina GM, Farina D, Mari A, Pellegrini V, Giovannetti V, Polini M. Laadija vahendatud energiaülekanne täpselt lahendatavates mudelites kvantpatareidele. Phys Rev B. 2018 nov;98:205423. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.98.205423.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.98.205423

[49] Andolina GM, Keck M, Mari A, Campisi M, Giovannetti V, Polini M. Extractable Work, the Role of Correlations, and Asymptotic Freedom in Quantum Battery. Phys Rev Lett. 2019 veebruar;122:047702. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.047702.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.047702

[50] Janzing D, Wocjan P, Zeier R, Geiss R, Beth T. Thermodynamic Cost of Reliability and Low Temperatures: Tightening Landauer’s Principle and the Second Law. Int J Theor Phys. 2000 detsember;39(12):2717-53. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1023/A:1026422630734.
https:///doi.org/10.1023/A:1026422630734

[51] Streater RF. Statistiline dünaamika: stohhastiline lähenemine mittetasakaalulisele termodünaamikale (2. väljaanne). World Scientific Publishing Company; 2009. Saadaval aadressil: https:///books.google.pl/books?id=Is42DwAAQBAJ.
https:///books.google.pl/books?id=Is42DwAAQBAJ

[52] Barra F. Kvantpatarei hajutav laadimine. Füüsilise ülevaate kirjad. 2019 mai; 122(21). Saadaval alates:.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.210601

[53] Mazurek P, Horodecki M. Termiliste protsesside lagunevus ja kumer struktuur. Uus füüsika ajakiri. 2018 mai;20(5):053040. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aac057.
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aac057

[54] Mazurek P. Termilised protsessid ja oleku saavutatavus. Phys Rev A. 2019 aprill;99:042110. Saadaval aadressilt: https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.042110.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.042110

Viidatud

[1] R. R. Rodriguez, B. Ahmadi, G. Suarez, P. Mazurek, S. Barzanjeh ja P. Horodecki, “Optimal Quantum Control of Charging Quantum Batteries”, arXiv: 2207.00094.

Ülaltoodud tsitaadid on pärit SAO/NASA KUULUTUSED (viimati edukalt värskendatud 2022-10-17 14:07:51). Loend võib olla puudulik, kuna mitte kõik väljaandjad ei esita sobivaid ja täielikke viiteandmeid.

Ei saanud tuua Ristviide viidatud andmete alusel viimase katse ajal 2022-10-17 14:07:49: 10.22331/q-2022-10-17-841 viidatud andmeid ei saanud Crossrefist tuua. See on normaalne, kui DOI registreeriti hiljuti.

See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.