מיצוי ארגוטרופיה: אנרגיה חופשית קשורה ויישום למנועי מחזור פתוחים

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

טנמוי ביזוואז¹, מרסין לובייקו¹, פאוול מזורק¹, קונרד יאלוביצקי², ומיכאל הורודצקי¹

¹המרכז הבינלאומי לתיאוריה של טכנולוגיות קוונטיות, אוניברסיטת גדנסק, ויטה סטווושה 63, 80-308 גדנסק, פולין
²המכון לאינפורמטיקה תיאורטית ויישומית, האקדמיה הפולנית למדעים, באליטיקה 5, 44-100 גליביצה, פולין

מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.

תַקצִיר

החוק השני של התרמודינמיקה משתמש בשינוי באנרגיה החופשית של מערכות מקרוסקופיות כדי לקבוע גבול לעבודה שבוצעה. ארגוטרופיה ממלאת תפקיד דומה בתרחישים מיקרוסקופיים, והיא מוגדרת ככמות האנרגיה המקסימלית שניתן להפיק ממערכת בפעולה יחידה. בניתוח זה, אנו מכמתים כמה ארגוטרופיה יכולה להיגרם על מערכת כתוצאה מאינטראקציה של המערכת עם אמבט תרמי, מתוך פרספקטיבה של שימוש בה כמקור עבודה המבוצע על ידי מכונות מיקרוסקופיות. אנו מספקים את הגבול הבסיסי לכמות הארגוטרופיה שניתן להפיק מהסביבה בדרך זו. הגבול מתבטא במונחים של הפרש האנרגיה החופשית הלא-שיווי משקל וניתן לרוויה בגבול הממד האינסופי של המילטון של המערכת. תהליך מיצוי הארגוטרופיה המוביל לרוויה זו מנותח מספרית עבור מערכות סופיות ממדים. יתר על כן, אנו מיישמים את הרעיון של מיצוי ארגוטרופיה מהסביבה בתכנון של סוג חדש של מנועי חום מהלך, אותם אנו מתייגים מנועי מחזור פתוח. ניתן לבצע אופטימיזציה מלאה של יעילות וייצור עבודה של מכונות אלו עבור מערכות במידות 2 ו-3, וניתוח מספרי מסופק לממדים גבוהים יותר.

► נתוני BibTeX

@article{Biswas2022extractionof, doi = {10.22331/q-2022-10-17-841}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-10-17-841}, title = {חילוץ ארגוטרופיה: אנרגיה חופשית קשורה ויישום למנועי מחזור פתוחים}, מחבר = {ביסוואז, טנמוי ו-{ל{}}אובייקו, מרסין ומזורק, פאווה{ל{}} וג'ל{}}אוביצקי, קונרד והורודקקי, מיכה{}}, יומן = {{קוואנטום}}, issn = {2521-327X}, publisher = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, נפח = {6}, דפים = {841}, חודש = אוקטובר, שנה = {2022} }

► הפניות

[1] Åberg J. מיצוי עבודה ממש כמו עבודה באמצעות ניתוח צילום יחיד. תקשורת טבע. 2013 יוני;4(1):1925. זמין מ: https://doi.org/10.1038/ncomms2712.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms2712

[2] Seifert U. החוק הראשון והשני של התרמודינמיקה בצימוד חזק. Phys Rev Lett. ינואר 2016;116:020601. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.020601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.020601

[3] Strasberg P, Esposito M. שיעורי ייצור אי-מרקוביות ואנטרופיה שלילית. Phys Rev E. 2019 Jan;99:012120. זמין מ: 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. החוקים השניים של התרמודינמיקה הקוונטית. הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים. 2015;112(11):3275-9. זמין מ: https://doi.org/10.1073/pnas.1411728112.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112

[5] Skrzypczyk P, Short AJ, Popescu S. מיצוי עבודה ותרמודינמיקה עבור מערכות קוונטיות בודדות. תקשורת טבע. 2014;5(1):4185. זמין מ: https://doi.org/10.1038/ncomms5185.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5185

[6] Biswas T, Junior AdO, Horodecki M, Korzekwa K. יחסי תנודות-פיזור לתהליכי זיקוק תרמודינמיים. Phys Rev E. 2022 May;105:054127. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.105.054127.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.105.054127

[7] Jarzynski C. Nonequilibrium Equilibrium עבור הבדלי אנרגיה חופשית. Phys Rev Lett. 1997 אפריל;78:2690-3. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.2690.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.2690

[8] Esposito M, Harbola U, Mukamel S. ללא שיווי משקל, משפטי תנודות וסטטיסטיקות ספירה במערכות קוונטיות. Rev Mod Phys. דצמבר 2009; 81:1665-702. זמין מ: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1665.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1665

[9] Campisi M, Hänggi P, Talkner P. קולוקוויום: יחסי תנודות קוונטיות: יסודות ויישומים. Rev Mod Phys. יולי 2011;83:771-91. זמין מ: 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 Identifications to a Equality Law Second. Phys Rev X. 2016 Oct;6:041017. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.6.041017.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.041017

[11] Allahverdyan AE, Balian R, Nieuwenhuizen TM. מיצוי עבודה מקסימלי ממערכות קוונטיות סופיות. אותיות אירופיזיקה (EPL). 2004 אוגוסט;67(4):565-71. זמין מ:.
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2004-10101-2

[12] Ruch E, Mead A. עקרון הגברת אופי הערבוב וחלק מהשלכותיו. Theoretica chimica acta. 1976 אפריל;41:042110. זמין מ: https://doi.org/10.1007/BF01178071.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01178071

[13] Alicki R, Fannes M. Entanglement boost לעבודה הניתנת לחילוץ מהרכבים של סוללות קוונטיות. סקירה פיזית E. 2013 Apr;87(4). זמין מ: 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: טעינה עוצמתית של סוללות קוונטיות. כתב עת חדש לפיזיקה. 2015 יולי;17(7):075015. זמין מ: 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, et al. שיפור כוח הטעינה של סוללות קוונטיות. Phys Rev Lett. 2017 אפריל;118:150601. זמין מ: 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. העלות האנרגטית של מיצוי העבודה. Phys Rev Lett. 2020 Mar;124:130601. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.130601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.130601

[17] Hovhannisyan KV, Barra F, Imparato A. טעינה בסיוע תרמליזציה. Phys Rev Research. ספטמבר 2020; 2:033413. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033413.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033413

[18] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. מבנה של מצבים פסיביים והשלכות שלו בטעינת סוללות קוונטיות. Phys Rev E. 2020 Aug;102:022106. זמין מ: 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 aerotropic gap for two-parted states breakdable states. Phys Rev A. 2019 May;99:052320. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.052320.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052320

[20] Puliyil S, Banik M, Alimuddin M. חתימות תרמודינמיות של הסתבכות רב-חלקית אמיתית. Phys Rev Lett. 2022 אוגוסט;129:070601. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.070601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.070601

[21] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. עצמאות עבודה ואנטרופיה למערכות קוונטיות סופיות שוות-אנרגטיות: אנרגיית מצב פסיבי ככמת הסתבכות. Phys Rev E. 2020 Jul;102:012145. זמין מ: 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. קוהרנטיות וארגוטרופיה. Phys Rev Lett. אוקטובר 2020;125:180603. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.180603.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.180603

[23] Sone A, Deffner S. Quantum and Classical Ergotropy from Relative Entropies. אנטרופיה. 2021;23(9). זמין מ: https://doi.org/10.3390/e23091107.
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23091107

[24] Pusz W, Woronowicz SL. מצבים פסיביים ומצבי KMS עבור מערכות קוונטיות כלליות. Comm Math Phys. 1978;58(3):273-90. זמין מ: https://doi.org/10.1007/BF01614224.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01614224

[25] Sparaciari C, Jennings D, Oppenheim J. אי יציבות אנרגטית של מצבים פסיביים בתרמודינמיקה. תקשורת טבע. 2017 Dec;8(1):1895. זמין מ: 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. תרמודינמיקה של מנועי חום קוונטיים צימוד מינימלי. קוונטים. דצמבר 2020; 4:375. זמין מ: https://doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375.
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375

[27] Łobejko M. אי השוויון בחוק השני ההדוק למערכות קוונטיות קוהרנטיות ואמבטיות חום בגודל סופי. תקשורת טבע. 2021 פברואר; 12(1):918. זמין מ: https://doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4

[28] Scovil HED, Schulz-DuBois EO. Masers תלת מפלסי כמנועי חום. Phys Rev Lett. 1959 Mar;2:262-3. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.262.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.2.262

[29] סקאלי MO. מבער קוונטי: שיפור היעילות של מנוע חום אידיאלי. Phys Rev Lett. ינואר 2002;88:050602. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.050602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.050602

[30] ג'ייקובס ק. מדידה קוונטית והחוק הראשון של התרמודינמיקה: עלות האנרגיה של המדידה היא ערך העבודה של המידע הנרכש. סקירה פיזית E. 2012 Oct;86(4). זמין מ: http://doi.org/10.1103/PhysRevE.86.040106.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.86.040106

[31] גולד J, Huber M, Riera A, Rio Ld, Skrzypczyk P. תפקידו של מידע קוונטי בתרמודינמיקה - סקירה אקטואלית. כתב עת לפיזיקה א': מתמטי ותיאורטי. פברואר 2016;49(14):143001. זמין מ: 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. החוק השני של התרמודינמיקה תחת הגבלות שליטה. סקירה פיזית E. 2016 אפריל;93(4). זמין מ: 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 Thermoddynamics. Phys Rev Lett. 2018 Mar;120:120602. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.120602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.120602

[34] Alicki R. המערכת הפתוחה הקוונטית כמודל של מנוע החום. כתב עת לפיזיקה א': מתמטי וכללי. 1979 מאי;12(5):L103-7. זמין מ: 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. המשמעות התרמודינמית של אנטרופיה שלילית. טֶבַע. 2011 יוני;474(7349):61-3. זמין מ:.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10123

[36] Horodecki M, Horodecki P, Oppenheim J. טרנספורמציות הפיכות ממצבים טהורים למצבים מעורבים והמדד הייחודי של מידע. Phys Rev A. 2003 Jun;67:062104. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.67.062104.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.062104

[37] Horodecki M, Oppenheim J. מגבלות יסוד עבור תרמודינמיקה קוונטית וננומטרית. תקשורת טבע. 2013;4(1):2059. זמין מ: https://doi.org/10.1038/ncomms3059.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059

[38] Åberg J. Coherence קטליטי. Phys Rev Lett. אוקטובר 2014;113:150402. זמין מ: 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. מגבלות לזרז בתרמודינמיקה קוונטית. כתב עת חדש לפיזיקה. 2015 אוגוסט;17(8):085004. זמין מ:.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/8/085004

[40] Brunner N, Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. קיוביטים וירטואליים, טמפרטורות וירטואליות ויסודות התרמודינמיקה. Phys Rev E. 2012 מאי;85:051117. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.85.051117.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.85.051117

[41] Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. מנועי החום הקטנים ביותר האפשריים. arXiv:10106029. 2010. זמין מ: 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. מכונה קוונטית אוטונומית למדידת חץ הזמן התרמודינמי. npj מידע קוונטי. נובמבר 2018;4:59. זמין מ: 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. מנוע חום רוטור אוטונומי. Phys Rev E. 2017 Jun;95:062131. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.062131.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.95.062131

[44] Kosloff R, Levy A. מנועי חום ומקררים קוונטיים: התקנים רציפים. סקירה שנתית של כימיה פיזיקלית. 2014;65(1):365-93. זמין מ: 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. מושגי עבודה במנועי חום קוונטיים אוטונומיים. קוונטים. אוקטובר 2019; 3:195. זמין מ: 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, et al. מנוע חום סחרור מחובר לגלגל תנופה מתנד הרמוני. Phys Rev Lett. אוגוסט 2019;123:080602. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.080602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.080602

[47] Singh V. פעולה אופטימלית של מנוע חום קוונטי בעל שלוש רמות ואופי אוניברסלי של יעילות. Phys Rev Research. נובמבר 2020; 2:043187. זמין מ: 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. העברת אנרגיה בתיווך מטען בדגמים פתירים בדיוק לסוללות קוונטיות. Phys Rev B. 2018 Nov;98:205423. זמין מ: 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. עבודה ניתנת לחילוץ, תפקיד המתאמים וחופש אסימפטוטי בסוללות קוונטיות. Phys Rev Lett. פברואר 2019; 122:047702. זמין מ: 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. עלות תרמודינמית של אמינות וטמפרטורות נמוכות: הידוק עקרון לנדואר והחוק השני. Int J Theor Phys. 2000 Dec;39(12):2717-53. זמין מ: https://doi.org/10.1023/A:1026422630734.
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026422630734

[51] Streater RF. דינמיקה סטטיסטית: גישה סטוכסטית לתרמודינמיקה ללא שיווי משקל (מהדורה שנייה). World Scientific Publishing Company; 2. זמין מ: https:///books.google.pl/books?id=Is2009DwAAQBAJ.
https:///books.google.pl/books?id=Is42DwAAQBAJ

[52] Barra F. טעינה מתפזרת של סוללה קוונטית. מכתבי סקירה פיזית. 2019 מאי;122(21). זמין מ:.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.210601

[53] Mazurek P, Horodecki M. פירוק ומבנה קמור של תהליכים תרמיים. כתב עת חדש לפיזיקה. מאי 2018;20(5):053040. זמין מ: https://doi.org/10.1088/1367-2630/aac057.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aac057

[54] מזורק פ תהליכים תרמיים ויכולת השגה של המדינה. Phys Rev A. 2019 אפריל;99:042110. זמין מ: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.042110.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.042110

מצוטט על ידי

[1] RR Rodriguez, B. Ahmadi, G. Suarez, P. Mazurek, S. Barzanjeh, and P. Horodecki, "בקרה קוונטית אופטימלית של טעינת סוללות קוונטיות", arXiv: 2207.00094.

הציטוטים לעיל הם מ- מודעות SAO / NASA (עודכן לאחרונה בהצלחה 2022-10-17 14:07:51). הרשימה עשויה להיות שלמה מכיוון שלא כל בעלי האתרים מספקים נתוני ציטוט ראויים ומלאים.

לא ניתן היה להביא נתונים מצוטטים על ידי קרוסרף במהלך ניסיון אחרון 2022-10-17 14:07:49: לא ניתן היה להביא נתונים שהובאו עבור 10.22331 / q-2022-10-17-841 מקרוסרף. זה נורמלי אם ה- DOI נרשם לאחרונה.

מאמר זה מתפרסם בקוונטים תחת התקציב ייחוס Creative Commons 4.0 הבינלאומי (CC BY 4.0) רישיון. זכויות יוצרים נשארות עם בעלי זכויות היוצרים המקוריים כמו המחברים או מוסדותיהם.