1Centre international de théorie des technologies quantiques, Université de Gdansk, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdansk, Pologne
2Institut d'informatique théorique et appliquée, Académie polonaise des sciences, Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Pologne
Vous trouvez cet article intéressant ou souhaitez en discuter? Scite ou laisse un commentaire sur SciRate.
Abstract
La deuxième loi de la thermodynamique utilise le changement d'énergie libre des systèmes macroscopiques pour fixer une limite au travail effectué. L'ergotropie joue un rôle similaire dans les scénarios microscopiques et est définie comme la quantité maximale d'énergie pouvant être extraite d'un système par une opération unitaire. Dans cette analyse, nous quantifions la quantité d'ergotropie pouvant être induite sur un système à la suite de l'interaction du système avec un bain thermique, dans la perspective de l'utiliser comme source de travail effectuée par des machines microscopiques. Nous fournissons la borne fondamentale sur la quantité d'ergotropie qui peut être extraite de l'environnement de cette manière. La borne est exprimée en termes de différence d'énergie libre hors équilibre et peut être saturée dans la limite de dimension infinie de l'hamiltonien du système. Le processus d'extraction d'ergotropie conduisant à cette saturation est analysé numériquement pour des systèmes de dimension finie. De plus, nous appliquons l'idée d'extraction de l'ergotropie de l'environnement dans la conception d'une nouvelle classe de moteurs thermiques à course, que nous appelons moteurs à cycle ouvert. L'efficacité et la production de travail de ces machines peuvent être complètement optimisées pour les systèmes de dimensions 2 et 3, et une analyse numérique est fournie pour les dimensions supérieures.
► Données BibTeX
► Références
Åberg J. Extraction de travail vraiment similaire au travail via une analyse en un seul coup. Communication Nature. 2013 juin;4(1):1925. Disponible sur : https://doi.org/10.1038/ncomms2712.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms2712
Seifert U. Première et deuxième loi de la thermodynamique à couplage fort. Phys Rev Lett. 2016 janvier;116:020601. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.020601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.020601
Strasberg P, Esposito M. Non-Markovianité et taux de production d'entropie négative. Phys Rev E. 2019 Jan;99:012120. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevE.99.012120.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.99.012120
Brandão F, Horodecki M, Ng N, Oppenheim J, Wehner S. Les deuxièmes lois de la thermodynamique quantique. Actes de l'Académie nationale des sciences. 2015;112(11):3275-9. Disponible sur : https://doi.org/10.1073/pnas.1411728112.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112
Skrzypczyk P, Short AJ, Popescu S. Extraction de travail et thermodynamique pour les systèmes quantiques individuels. Communication Nature. 2014;5(1):4185. Disponible sur : https://doi.org/10.1038/ncomms5185.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5185
Biswas T, Junior AdO, Horodecki M, Korzekwa K. Relations fluctuation-dissipation pour les procédés de distillation thermodynamique. Phys Rev E. 2022 May;105:054127. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevE.105.054127.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.105.054127
Jarzynski C. Égalité hors équilibre pour les différences d'énergie libre. Phys Rev Lett. 1997 avril;78:2690-3. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.2690.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.2690
Esposito M, Harbola U, Mukamel S. Fluctuations sans équilibre, théorèmes de fluctuation et statistiques de comptage dans les systèmes quantiques. Rev Mod Phys. 2009 déc.;81:1665-702. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1665.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1665
Campisi M, Hänggi P, Talkner P. Colloque : Relations de fluctuation quantique : Fondements et applications. Rev Mod Phys. 2011 Jul;83:771-91. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/RevModPhys.83.771.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.83.771
Alhambra AM, Masanes L, Oppenheim J, Perry C. Travail fluctuant : des identités thermodynamiques quantiques à une deuxième loi d'égalité. Phys Rev X. 2016 Oct;6:041017. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevX.6.041017.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.041017
Allahverdyan AE, Balian R, Nieuwenhuizen TM. Extraction maximale de travail à partir de systèmes quantiques finis. Lettres Europhysiques (EPL). août 2004;67(4):565-71. Disponible depuis:.
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2004-10101-2
Ruch E, Mead A. Le principe de l'augmentation du caractère de mélange et certaines de ses conséquences. Theoretica chimica acta. 1976 avril;41:042110. Disponible sur : https://doi.org/10.1007/BF01178071.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01178071
Alicki R, Fannes M. Entanglement boost pour le travail extractible à partir d'ensembles de batteries quantiques. Examen physique E. 2013 avril ;87(4). Disponible sur : http:///doi.org/10.1103/PhysRevE.87.042123.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.87.042123
Binder FC, Vinjanampathy S, Modi K, Goold J. Quantacell : charge puissante des batteries quantiques. Nouveau Journal de Physique. 2015 juil;17(7):075015. Disponible sur : https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/7/075015.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/7/075015
Campaioli F, Pollock FA, Binder FC, Céleri L, Goold J, Vinjanampathy S, et al. Améliorer la puissance de charge des batteries Quantum. Phys Rev Lett. 2017 avril;118:150601. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.150601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.150601
Monsel J, Fellous-Asiani M, Huard B, Auffèves A. Le coût énergétique de l'extraction du travail. Phys Rev Lett. 2020 mars;124:130601. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.130601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.130601
Hovhannisyan KV, Barra F, Imparato A. Charge assistée par thermalisation. Recherche Phys Rev. 2020 septembre;2:033413. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033413.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033413
Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Structure des états passifs et son implication dans la charge des batteries quantiques. Phys Rev E. 2020 août;102:022106. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevE.102.022106.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.102.022106
Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Bound on ergotropic gap for bipartite separable states. Phys Rev A. 2019 May;99:052320. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.052320.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052320
Puliyil S, Banik M, Alimuddin M. Signatures thermodynamiques d'un enchevêtrement véritablement multipartite. Phys Rev Lett. 2022 août;129:070601. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.070601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.070601
Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Indépendance du travail et de l'entropie pour les systèmes quantiques finis à énergie égale : énergie à l'état passif comme quantificateur d'intrication. Phys Rev E. 2020 Jul;102:012145. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevE.102.012145.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.102.012145
Francica G, Binder FC, Guarnieri G, Mitchison MT, Goold J, Plastina F. Quantum Coherence and Ergotropy. Phys Rev Lett. 2020 octobre;125:180603. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.180603.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.180603
Sone A, Deffner S. Ergotropie quantique et classique à partir d'entropies relatives. Entropie. 2021;23(9). Disponible sur : https://doi.org/10.3390/e23091107.
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23091107
Pusz W, Woronowicz SL. États passifs et états KMS pour les systèmes quantiques généraux. Comm Maths Phys. 1978;58(3):273-90. Disponible sur : https://doi.org/10.1007/BF01614224.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01614224
Sparaciari C, Jennings D, Oppenheim J. Instabilité énergétique des états passifs en thermodynamique. Communication Nature. 2017 déc;8(1):1895. Disponible sur : https://doi.org/10.1038/s41467-017-01505-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-017-01505-4
Łobejko M, Mazurek P, Horodecki M. Thermodynamique des moteurs thermiques quantiques à couplage minimal. Quantum. 2020 décembre;4:375. Disponible sur : https://doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375.
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375
Łobejko M. L'inégalité étroite de la deuxième loi pour les systèmes quantiques cohérents et les bains de chaleur de taille finie. Communication Nature. 2021 février;12(1):918. Disponible sur : https://doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4
Scovil HED, Schulz-DuBois EO. Masers à trois niveaux comme moteurs thermiques. Phys Rev Lett. 1959 mars;2:262-3. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.262.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.2.262
Scully MO. Postcombustion quantique : amélioration de l'efficacité d'un moteur thermique idéal. Phys Rev Lett. 2002 janvier;88:050602. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.050602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.050602
Jacobs K. La mesure quantique et la première loi de la thermodynamique : Le coût énergétique de la mesure est la valeur travail de l'information acquise. Examen physique E. Oct. 2012 ;86(4). Disponible sur : http:///doi.org/10.1103/PhysRevE.86.040106.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.86.040106
Goold J, Huber M, Riera A, Rio Ld, Skrzypczyk P. Le rôle de l'information quantique dans la thermodynamique - une revue d'actualité. Journal of Physics A: Mathématique et Théorique. 2016 fév;49(14):143001. Disponible sur : http:///doi.org/10.1088/1751-8113/49/14/143001.
https://doi.org/10.1088/1751-8113/49/14/143001
Wilming H, Gallego R, Eisert J. Deuxième loi de la thermodynamique sous contrôle des restrictions. Examen physique E. 2016 avril ;93(4). Disponible sur : http:///doi.org/10.1103/PhysRevE.93.042126.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.93.042126
Perarnau-Llobet M, Wilming H, Riera A, Gallego R, Eisert J. Corrections de couplage fort en thermodynamique quantique. Phys Rev Lett. 2018 mars;120:120602. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.120602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.120602
Alicki R. Le système ouvert quantique comme modèle de moteur thermique. Journal of Physics A: Mathématique et général. 1979 mai;12(5):L103-7. Disponible sur : https://doi.org/10.1088/0305-4470/12/5/007.
https://doi.org/10.1088/0305-4470/12/5/007
del Rio L, Åberg J, Renner R, Dahlsten O, Vedral V. La signification thermodynamique de l'entropie négative. La nature. juin 2011;474(7349):61-3. Disponible depuis:.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10123
Horodecki M, Horodecki P, Oppenheim J. Transformations réversibles des états purs aux états mixtes et la mesure unique de l'information. Phys Rev A. 2003 Jun;67:062104. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevA.67.062104.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.062104
Horodecki M, Oppenheim J. Limitations fondamentales de la thermodynamique quantique et à l'échelle nanométrique. Communication Nature. 2013;4(1):2059. Disponible sur : https://doi.org/10.1038/ncomms3059.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059
Åberg J. Cohérence catalytique. Phys Rev Lett. 2014 oct;113:150402. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.150402.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.150402
Ng NHY, Mancinska L, Cirstoiu C, Eisert J, Wehner S. Limites à la catalyse en thermodynamique quantique. Nouveau Journal de Physique. 2015 août;17(8):085004. Disponible depuis:.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/8/085004
Brunner N, Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Qubits virtuels, températures virtuelles et fondements de la thermodynamique. Phys Rev E. 2012 May;85:051117. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevE.85.051117.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.85.051117
Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Les plus petits moteurs thermiques possibles. arXiv:10106029. 2010. Disponible sur : https://doi.org/10.48550/arXiv.1010.6029.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1010.6029
arXiv: 10106029
Monsel J, Elouard C, Auffèves A. Une machine quantique autonome pour mesurer la flèche thermodynamique du temps. npj Informations quantiques. 2018 novembre;4:59. Disponible sur : https://doi.org/10.1038/s41534-018-0109-8.
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0109-8
Roulet A, Nimmrichter S, Arrazola JM, Seah S, Scarani V. Moteur thermique à rotor autonome. Phys Rev E. 2017 Jun;95:062131. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.062131.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.95.062131
Kosloff R, Levy A. Moteurs thermiques et réfrigérateurs quantiques : dispositifs continus. Revue annuelle de chimie physique. 2014;65(1):365-93. Disponible sur : https://doi.org/10.1146/annurev-physchem-040513-103724.
https: / / doi.org/ 10.1146 / annurev-physchem-040513-103724
Niedenzu W, Huber M, Boukobza E. Concepts de travail dans les moteurs thermiques quantiques autonomes. Quantum. 2019 octobre;3:195. Disponible sur : https://doi.org/10.22331/q-2019-10-14-195.
https://doi.org/10.22331/q-2019-10-14-195
von Lindenfels D, Gräb O, Schmiegelow CT, Kaushal V, Schulz J, Mitchison MT, et al. Moteur thermique de rotation couplé à un volant d'inertie à oscillateur harmonique. Phys Rev Lett. 2019 août;123:080602. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.080602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.080602
Singh V. Fonctionnement optimal d'un moteur thermique quantique à trois niveaux et nature universelle de l'efficacité. Recherche Phys Rev. 2020 novembre;2:043187. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.043187.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043187
Andolina GM, Farina D, Mari A, Pellegrini V, Giovannetti V, Polini M. Transfert d'énergie médié par le chargeur dans des modèles exactement solubles pour les batteries quantiques. Phys Rev B. 2018 Nov;98:205423. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.205423.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.205423
Andolina GM, Keck M, Mari A, Campisi M, Giovannetti V, Polini M. Travail extractible, rôle des corrélations et liberté asymptotique dans les batteries quantiques. Phys Rev Lett. 2019 février;122:047702. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.047702.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.047702
Janzing D, Wocjan P, Zeier R, Geiss R, Beth T. Coût thermodynamique de la fiabilité et des basses températures : resserrement du principe de Landauer et de la deuxième loi. Int J Théor Phys. 2000 Dec;39(12):2717-53. Disponible sur : https://doi.org/10.1023/A:1026422630734.
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026422630734
Streater RF. Dynamique statistique: une approche stochastique de la thermodynamique hors équilibre (2e édition). Société d'édition scientifique mondiale ; 2009. Disponible sur : https://books.google.pl/books?id=Is42DwAAQBAJ.
https:///books.google.pl/books?id=Is42DwAAQBAJ
Barra F. Charge dissipative d'une batterie quantique. Lettres d'examen physique. 2019 mai ;122(21). Disponible depuis:.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.210601
Mazurek P, Horodecki M. Décomposabilité et structure convexe des processus thermiques. Nouveau Journal de Physique. 2018 mai;20(5):053040. Disponible sur : https://doi.org/10.1088/1367-2630/aac057.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aac057
Mazurek P. Processus thermiques et atteignabilité de l'état. Phys Rev A. 2019 Avr;99:042110. Disponible sur : https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.042110.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.042110
Cité par
[1] RR Rodriguez, B. Ahmadi, G. Suarez, P. Mazurek, S. Barzanjeh et P. Horodecki, "Optimal Quantum Control of Charging Quantum Batteries", arXiv: 2207.00094.
Les citations ci-dessus proviennent de SAO / NASA ADS (dernière mise à jour réussie 2022-10-17 14:07:51). La liste peut être incomplète car tous les éditeurs ne fournissent pas de données de citation appropriées et complètes.
Impossible de récupérer Données de référence croisée lors de la dernière tentative 2022-10-17 14:07:49: Impossible de récupérer les données citées par 10.22331 / q-2022-10-17-841 de Crossref. C'est normal si le DOI a été enregistré récemment.
Cet article est publié dans Quantum sous le Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) Licence. Le droit d'auteur reste la propriété des détenteurs d'origine tels que les auteurs ou leurs institutions.
