Ergotropinin Çıkarılması: Serbest Enerji Bağlaması ve Açık Çevrim Motorlarına Uygulanması

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Tanmoy Biswas¹, Marcin Lobejko¹, Pawel Mazurek¹, Konrad Jałowiecki²ve Michał Horodecki¹

¹Uluslararası Kuantum Teknolojileri Teorisi Merkezi, Gdansk Üniversitesi, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdansk, Polonya
²Teorik ve Uygulamalı Bilişim Enstitüsü, Polonya Bilimler Akademisi, Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Polonya

Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.

Özet

Termodinamiğin ikinci yasası, yapılan işe bir sınır koymak için makroskobik sistemlerin serbest enerjisindeki değişimi kullanır. Ergotropi, mikroskobik senaryolarda da benzer bir rol oynar ve üniter bir işlemle bir sistemden elde edilebilecek maksimum enerji miktarı olarak tanımlanır. Bu analizde, sistemin termal banyoyla etkileşimi sonucunda sistem üzerinde ne kadar ergotropinin indüklenebileceğini, onu mikroskobik makineler tarafından gerçekleştirilen bir iş kaynağı olarak kullanma perspektifiyle ölçüyoruz. Bu şekilde ortamdan alınabilecek ergotropi miktarına ilişkin temel sınırı sağlıyoruz. Sınır, denge dışı serbest enerji farkı cinsinden ifade edilir ve sistemin Hamiltonyeninin sonsuz boyutunun sınırında doyurulabilir. Bu doygunluğa yol açan ergotropi ekstraksiyon süreci sonlu boyutlu sistemler için sayısal olarak analiz edilmiştir. Ayrıca, açık çevrimli motorlar olarak adlandırdığımız yeni bir stroklu ısı motorları sınıfının tasarımında ergotropinin çevreden çıkarılması fikrini uyguluyoruz. Bu makinelerin verimliliği ve iş üretimi 2 ve 3 boyutlu sistemler için tamamen optimize edilebilmekte, daha yüksek boyutlar için sayısal analiz sağlanmaktadır.

► BibTeX verileri

@article{Biswas2022extractionof, doi = {10.22331/q-2022-10-17-841}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-10-17-841}, title = {Ergotropinin çıkarılması: bağlı serbest enerji ve açık çevrim motorlara uygulanması}, yazar = {Biswas, Tanmoy ve {L{}}obejko, Marcin ve Mazurek, Pawe{l{}} ve Ja{l{}}owiecki, Konrad ve Horodecki, Micha{l{}}}, günlük = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, yayıncı = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, hacim = {6}, sayfalar = {841}, ay = ekim, yıl = {2022} }

► Referanslar

[1] Åberg J. Tek atımlık bir analiz yoluyla gerçekten işe benzer iş çıkarma. Doğa İletişimi. 2013 Haz;4(1):1925. https://doi.org/10.1038/ncomms2712 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms2712

[2] Seifert U. Kuvvetli Bağlantıda Termodinamiğin Birinci ve İkinci Yasası. Fizik Rev Lett. 2016 Ocak;116:020601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.020601 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.020601

[3] Strasberg P, Esposito M. Markovyanlık ve negatif entropi üretim oranları. Phys Rev E. 2019 Ocak;99:012120. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.99.012120 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.99.012120

[4] Brandão F, Horodecki M, Ng N, Oppenheim J, Wehner S. Kuantum termodinamiğinin ikinci yasaları. Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 2015;112(11):3275-9. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1073/pnas.1411728112.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1411728112

[5] Skrzypczyk P, Short AJ, Popescu S. Bireysel kuantum sistemleri için iş çıkarma ve termodinamik. Doğa İletişimi. 2014;5(1):4185. https://doi.org/10.1038/ncomms5185 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5185

[6] Biswas T, Junior AdO, Horodecki M, Korzekwa K. Termodinamik damıtma işlemleri için dalgalanma-dağılım ilişkileri. Phys Rev E. 2022 Mayıs;105:054127. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.105.054127 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.105.054127

[7] Jarzynski C. Serbest Enerji Farklılıkları için Dengesiz Eşitlik. Fizik Rev Lett. 1997 Nisan;78:2690-3. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.2690.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.2690

[8] Esposito M, Harbola U, Mukamel S. Kuantum sistemlerinde dengesiz dalgalanmalar, dalgalanma teoremleri ve sayım istatistikleri. Rev Mod Fizik. 2009 Aralık;81:1665-702. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1665 adresinden erişilebilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1665

[9] Campisi M, Hänggi P, Talkner P. Kolokyum: Kuantum dalgalanma ilişkileri: Temeller ve uygulamalar. Rev Mod Fizik. 2011 Temmuz;83:771-91. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.83.771 adresinden erişilebilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.83.771

[10] Alhambra AM, Masanes L, Oppenheim J, Perry C. Dalgalanan İş: Kuantum Termodinamik Kimliklerinden İkinci Kanun Eşitliğine. Phys Rev X. 2016 Ekim;6:041017. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.6.041017 adresinden erişilebilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.041017

[11] Allahverdyan AE, Balian R, Nieuwenhuizen TM. Sonlu kuantum sistemlerinden maksimum iş çıkarımı. Eurofizik Mektupları (EPL). 2004 ağustos;67(4):565-71. Şuradan temin edilebilir:.
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i2004-10101-2

[12] Ruch E, Mead A. Karıştırma karakterini artırma ilkesi ve bazı sonuçları. Theoretica chimica acta. 1976 Nisan;41:042110. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1007/BF01178071.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01178071

[13] Alicki R, Fannes M. Kuantum pil gruplarından çıkarılabilir çalışma için Dolaşıklık takviyesi. Fiziksel İnceleme E. 2013 Nisan;87(4). http://doi.org/10.1103/PhysRevE.87.042123 adresinden erişilebilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.87.042123

[14] Binder FC, Vinjanampathy S, Modi K, Goold J. Quantacell: kuantum pillerin güçlü şarjı. Yeni Fizik Dergisi. 2015 Temmuz;17(7):075015. Şu adresten ulaşılabilir: 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. Kuantum Pillerin Şarj Gücünü Artırma. Fizik Rev Lett. 2017 Nisan;118:150601. Şu adresten ulaşılabilir: 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. The Energetic Cost of Work Extraction. Fizik Rev Lett. 2020 Mart;124:130601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.130601 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.130601

[17] Hovhannisyan KV, Barra F, Imparato A. Termikleştirme destekli şarj. Fizik Rev Araştırma. 2020 Eylül;2:033413. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033413.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033413

[18] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Pasif durumların yapısı ve kuantum pillerin şarj edilmesindeki etkisi. Fizik Rev E. 2020 Ağustos;102:022106. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.102.022106 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.102.022106

[19] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. İki parçalı ayrılabilir durumlar için ergotropik boşluğa bağlı. Phys Rev A. 2019 Mayıs;99:052320. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.052320.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052320

[20] Puliyil S, Banik M, Alimuddin M. Gerçekten Çok Parçalı Dolaşmanın Termodinamik İmzaları. Fizik Rev Lett. 2022 Ağustos;129:070601. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.070601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.070601

[21] Alimuddin M, Guha T, Parashar P. Eşit enerjili sonlu kuantum sistemleri için iş ve entropinin bağımsızlığı: Dolanıklık niceleyicisi olarak pasif durum enerjisi. Fizik Rev E. 2020 Tem;102:012145. Şu adresten ulaşılabilir: 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. Kuantum Tutarlılığı ve Ergotropi. Fizik Rev Lett. 2020 Ekim;125:180603. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.180603 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.180603

[23] Sone A, Deffner S. Göreli Entropilerden Kuantum ve Klasik Ergotropi. Entropi. 2021;23(9). https://doi.org/10.3390/e23091107 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23091107

[24] Pusz W, Woronowicz SL. Genel kuantum sistemleri için pasif durumlar ve KMS durumları. İletişim Matematik Fizik. 1978;58(3):273-90. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1007/BF01614224.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01614224

[25] Sparaciari C, Jennings D, Oppenheim J. Termodinamikte pasif durumların enerjik kararsızlığı. Doğa İletişimi. 2017 Aralık;8(1):1895. Şu adresten ulaşılabilir: 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. Minimal Kuantum Isı Motorlarının Termodinamiği. Kuantum. 2020 Aralık;4:375. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375.
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-23-375

[27] Łobejko M. Tutarlı kuantum sistemleri ve sonlu boyutlu ısı banyoları için sıkı İkinci Kanun eşitsizliği. Doğa İletişimi. 2021 Şubat;12(1):918. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21140-4

[28] Scovil HED, Schulz-DuBois EO. Isı Motorları Olarak Üç Seviyeli Ustalar. Fizik Rev Lett. 1959 Mart;2:262-3. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.262.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.2.262

[29] Scully MO. Kuantum Afterburner: İdeal Bir Isı Motorunun Verimliliğini Artırma. Fizik Rev Lett. 2002 Ocak;88:050602. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.050602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.050602

[30] Jacobs K. Kuantum ölçümü ve termodinamiğin birinci yasası: Ölçümün enerji maliyeti, elde edilen bilginin iş değeridir. Fiziksel İnceleme E. 2012 Ekim;86(4). http://doi.org/10.1103/PhysRevE.86.040106 adresinden erişilebilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.86.040106

[31] Goold J, Huber M, Riera A, Rio Ld, Skrzypczyk P. Termodinamikte kuantum bilgisinin rolü—topikal bir inceleme. Journal of Physics A: Matematiksel ve Teorik. 2016 Şubat;49(14):143001. Şu adresten erişilebilir: 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. Kontrol kısıtlamaları altında termodinamiğin ikinci yasası. Fiziksel İnceleme E. 2016 Nisan;93(4). Şu adresten erişilebilir: 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. Kuantum Termodinamiğinde Güçlü Birleştirme Düzeltmeleri. Fizik Rev Lett. 2018 Mart;120:120602. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.120602 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.120602

[34] Aliki R. Isı makinesinin bir modeli olarak kuantum açık sistem. Journal of Physics A: Matematiksel ve Genel. 1979 mayıs;12(5):L103-7. Şu adresten ulaşılabilir: 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. Negatif entropinin termodinamik anlamı. Doğa. 2011 haziran;474(7349):61-3. Şuradan temin edilebilir:.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10123

[36] Horodecki M, Horodecki P, Oppenheim J. Saftan karma durumlara tersinir dönüşümler ve benzersiz bilgi ölçüsü. Phys Rev A. 2003 Haz;67:062104. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.67.062104 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.67.062104

[37] Horodecki M, Oppenheim J. Kuantum ve nano ölçekli termodinamik için temel sınırlamalar. Doğa İletişimi. 2013;4(1):2059. https://doi.org/10.1038/ncomms3059 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms3059

[38] Åberg J. Katalitik Tutarlılık. Fizik Rev Lett. 2014 Ekim;113:150402. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.150402 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.150402

[39] Ng NHY, Mancinska L, Cirstoiu C, Eisert J, Wehner S. Kuantum termodinamiğinde kataliz için sınırlar. Yeni Fizik Dergisi. 2015 ağustos;17(8):085004. Şuradan temin edilebilir:.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/8/085004

[40] Brunner N, Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Sanal kübitler, sanal sıcaklıklar ve termodinamiğin temelleri. Phys Rev E. 2012 Mayıs;85:051117. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.85.051117.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.85.051117

[41] Linden N, Popescu S, Skrzypczyk P. Mümkün olan en küçük ısı motorları. arXiv:10106029. 2010. Şu adresten erişilebilir: 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. Zamanın termodinamik okunu ölçmek için otonom bir kuantum makinesi. npj Kuantum Bilgisi. 2018 Kasım;4:59. Şu adresten ulaşılabilir: 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. Otonom rotorlu ısı motoru. Phys Rev E. 2017 Haz;95:062131. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.062131.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.95.062131

[44] Kosloff R, Levy A. Kuantum Isı Motorları ve Buzdolapları: Sürekli Cihazlar. Fiziksel Kimyanın Yıllık İncelemesi. 2014;65(1):365-93. Şu adresten ulaşılabilir: 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. Otonom kuantum ısı motorlarında çalışma kavramları. Kuantum. 2019 Ekim;3:195. Şu adresten ulaşılabilir: 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. Harmonik-Osilatör Volanına Bağlı Dönen Isı Motoru. Fizik Rev Lett. 2019 Ağu;123:080602. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.080602 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.080602

[47] Singh V. Üç seviyeli bir kuantum ısı motorunun optimum çalışması ve verimliliğin evrensel doğası. Fizik Rev Araştırma. 2020 Kasım;2:043187. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.043187 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043187

[48] Andolina GM, Farina D, Mari A, Pellegrini V, Giovannetti V, Polini M. Kuantum piller için tam olarak çözülebilir modellerde şarj cihazı aracılı enerji transferi. Phys Rev B. 2018 Kasım;98:205423. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.205423 adresinden ulaşılabilir.
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 Asimptotic Freedom in Quantum Piller. Fizik Rev Lett. 2019 Şubat;122:047702. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.047702 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.047702

[50] Janzing D, Wocjan P, Zeier R, Geiss R, Beth T. Termodinamik Güvenilirlik Maliyeti ve Düşük Sıcaklıklar: Landauer Prensibinin ve İkinci Yasanın Sıkılaştırılması. Uluslararası J Teorisi Fiz. 2000 Aralık;39(12):2717-53. Şu adresten ulaşılabilir: https:///doi.org/10.1023/A:1026422630734.
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026422630734

[51] Susturucu RF. İstatistiksel Dinamik: Dengesiz Termodinamiğe Stokastik Bir Yaklaşım (2. Baskı). Dünya Bilimsel Yayıncılık Şirketi; 2009. https://books.google.pl/books?id=Is42DwAAQBAJ adresinden erişilebilir.
https:///books.google.pl/books?id=Is42DwAAQBAJ

[52] Barra F. Bir Kuantum Pilinin Dağıtıcı Şarjı. Fiziksel İnceleme Mektupları. 2019 mayıs;122(21). Şuradan temin edilebilir:.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.210601

[53] Mazurek P, Horodecki M. Isıl işlemlerin ayrıştırılabilirliği ve dışbükey yapısı. Yeni Fizik Dergisi. 2018 mayıs;20(5):053040. Şu adresten ulaşılabilir: https://doi.org/10.1088/1367-2630/aac057.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aac057

[54] Mazurek P. Isıl işlemler ve durum ulaşılabilirliği. Fizik Rev A. 2019 Nisan;99:042110. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.042110 adresinden ulaşılabilir.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.042110

Alıntılama

[1] RR Rodriguez, B. Ahmadi, G. Suarez, P. Mazurek, S. Barzanjeh ve P. Horodecki, “Kuantum Pillerin Şarj Edilmesinin Optimal Kuantum Kontrolü”, arXiv: 2207.00094.

Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2022-10-17 14:07:51) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.

Getirilemedi Alıntılanan veriler son girişim sırasında 2022-10-17 14:07:49: Crossref'ten 10.22331 / q-2022-10-17-841 için belirtilen veriler getirilemedi. DOI yakın zamanda kaydedildiyse bu normaldir.

Bu Makale, Quantum'da Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası (CC BY 4.0) lisans. Telif hakkı, yazarlar veya kurumları gibi orijinal telif hakkı sahiplerine aittir.