Física Teòrica: Πληροφορική και Πληροφορική, Τμήμα Φυσικής, Universitat Autònoma de Barcelona, 08193 Bellaterra (Βαρκελώνη), Ισπανία
Βρείτε αυτό το άρθρο ενδιαφέρουσα ή θέλετε να συζητήσετε; Scite ή αφήστε ένα σχόλιο για το SciRate.
Περίληψη
Η λειτουργική κβαντική στοχαστική θερμοδυναμική είναι μια πρόσφατα προτεινόμενη θεωρία για τη μελέτη της θερμοδυναμικής των ανοιχτών συστημάτων με βάση την αυστηρή έννοια μιας κβαντικής στοχαστικής διαδικασίας ή ενός κβαντικού αιτιώδους μοντέλου. Εκεί, μια στοχαστική πορεία ορίζεται αποκλειστικά ως προς τα πειραματικά προσβάσιμα αποτελέσματα μέτρησης, τα οποία χρησιμεύουν ως βάση για τον καθορισμό των αντίστοιχων θερμοδυναμικών ποσοτήτων. Σε αντίθεση με αυτήν την εξαρτώμενη από τον παρατηρητή άποψη, κατασκευάζεται εδώ ένα «μαύρο κουτί», το οποίο εξελίσσεται μονομερώς και μπορεί να προσομοιώσει ένα κβαντικό αιτιώδες μοντέλο. Η κβαντική θερμοδυναμική αυτού του μεγάλου απομονωμένου συστήματος μπορεί στη συνέχεια να μελετηθεί χρησιμοποιώντας ευρέως αποδεκτά επιχειρήματα από τη στατιστική μηχανική. Αποδεικνύεται ότι οι προκύπτοντες ορισμοί της εσωτερικής ενέργειας, της θερμότητας, της εργασίας και της εντροπίας έχουν μια φυσική επέκταση στο επίπεδο της τροχιάς. Η κανονική επιλογή τους συμπίπτει με τους διακηρυγμένους ορισμούς της λειτουργικής κβαντικής στοχαστικής θερμοδυναμικής, παρέχοντας έτσι ισχυρή υποστήριξη υπέρ αυτού του νέου πλαισίου. Εντούτοις, ανακαλύπτονται επίσης μερικές αμφισημίες στον ορισμό της στοχαστικής εργασίας και της θερμότητας και υπό το φως αυτών των ευρημάτων επανεξετάζονται ορισμένες άλλες προτάσεις. Τέλος, αποδεικνύεται ότι ο πρώτος και ο δεύτερος νόμος ισχύουν για ένα ακόμη ευρύτερο φάσμα σεναρίων από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως, καλύπτοντας μια μεγάλη κατηγορία κβαντικών αιτιωδών μοντέλων που βασίζονται αποκλειστικά σε μία μόνο υπόθεση για την αρχική κατάσταση του συστήματος-λουτρού.
Δημοφιλή περίληψη
Η επέκταση της κλασικής στοχαστικής θερμοδυναμικής στο κβαντικό καθεστώς δεν είναι καθόλου σαφής, ιδίως δεδομένου ότι δεν υπάρχει καθολική συναίνεση για το τι πραγματικά σημαίνει «κβαντική στοχαστική τροχιά». Μια συχνά χρησιμοποιούμενη στρατηγική φαντάζεται να χωρίσει τη δυναμική του κβαντικού συστήματος σε ένα εικονικό σύνολο τροχιών. Κατά συνέπεια, εμφανίζεται ένα πρόβλημα εάν κάποιος προσπαθήσει να μετρήσει αυτές τις τροχιές: λόγω της διεισδυτικότητας των κβαντικών μετρήσεων, η δυναμική του συστήματος αλλάζει και δεν περιγράφεται πλέον από το ίδιο σύνολο.
Σε αυτό το άρθρο προτείνουμε μια παρόμοια στρατηγική, η οποία, ωστόσο, περιλαμβάνει τον ανιχνευτή στην περιγραφή και δημιουργεί ένα σύνολο τροχιών με βάση τα αποτελέσματα μέτρησης που ελήφθησαν σε ένα πλασματικό πείραμα. Η θεωρία συνεπώς λαμβάνει υπόψη την αδράνεια μέτρησης και μπορεί εύκολα να δοκιμαστεί πειραματικά. Είναι ενδιαφέρον ότι οι ορισμοί που βρίσκουμε για την εσωτερική ενέργεια, τη θερμότητα, την εργασία και την εντροπία συμφωνούν με αυτούς που προτάθηκαν πρόσφατα σε ένα πλαίσιο που ονομάζεται «λειτουργική κβαντική στοχαστική θερμοδυναμική». Παρ 'όλα αυτά, βρίσκουμε επίσης λίγες αμφιβολίες που απομένουν, οι οποίες δεν μπορούν να διορθωθούν με την παρούσα προσέγγιση του συνόλου. Αυτό υποδηλώνει ότι η κβαντική στοχαστική θερμοδυναμική είναι κάτι παραπάνω από μια απλή επέκταση της κλασικής στοχαστικής θερμοδυναμικής: είναι μια πολύ πιο πλούσια θεωρία.
► Δεδομένα BibTeX
► Αναφορές
[1] C. Bustamante, Ι. Liphardt, and F. Ritort, Phys. Σήμερα 58, 43 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.2012462
[2] K. Sekimoto, Stochastic Energetics, Vol. 799 (Lect. Phys., Springer, Berlin Heidelberg, 2010).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-05411-2
[3] C. Jarzynski, Annu. Rev. Condens. Φυσικά θέματα. 2, 329 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1146 / annurev-conmatphys-062910-140506
[4] U. Seifert, Rep Prog. Phys. 75, 126001 (2012).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/75/12/126001
[5] C. Van den Broeck και Μ. Esposito, Physica (Amsterdam) 418Α, 6 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physa.2014.04.035
[6] S. Ciliberto, Phys. Rev. Χ 7, 021051 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.021051
[7] Μ. Perarnau-Llobet, Ε. Bäumer, KV Hovhannisyan, Μ. Huber, and Α. Acin, Phys. Rev. Lett. 118, 070601 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.070601
[8] G. Lindblad, Commun. Μαθηματικά. Phys. 65, 281 (1979).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01197883
[9] L. Accardi, Α. Frigerio και JT Lewis, Publ. RIMS Kyoto Univ. 18, 97 (1982).
https: / / doi.org/ 10.2977 / prims / 1195184017
[10] G. Chiribella, GM D'Ariano και P. Perinotti, Phys. Αναθ. Α 80, 022339 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.022339
[11] Λ. Χάρντι, Φιλ. Trans. R. Soc. Α 370, 3385 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsta.2011.0326
[12] O. Oreshkov, F. Costa και Č. Brukner, Nat. Comm. 3, 1092 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms2076
[13] F. Costa και S. Shrapnel, New J. Phys. 18, 063032 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/6/063032
[14] O. Oreshkov και C. Giarmatzi, New J. Phys. 18, 093020 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/9/093020
[15] FA Pollock, C. Rodriguez-Rosario, Τ. Frauenheim, Μ. Paternostro, and Κ. Modi, Phys. Rev. Α 97, 012127 (2018a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.012127
[16] S. Milz, F. Sakuldee, ΡΑ Pollock, και Κ. Modi, arXiv: 1712.02589 (2017).
arXiv: 1712.02589
[17] Ρ. Strasberg, Phys. Rev. Ε 100, 022127 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.100.022127
[18] Ρ. Strasberg and Α. Winter, Phys. Rev. Ε 100, 022135 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.100.022135
[19] Ρ. Strasberg, Phys. Rev. Lett. 123, 180604 (2019b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.180604
[20] C. Sayrin, Ι. Dotsenko, Χ. Zhou, Β. Peaudecerf, Τ. Rybarczyk, S. Gleyzes, Ρ. Rouchon, Μ. Mirrahimi, Η. Amini, Μ. Brune, J.-M. Raimond και S. Haroche, Nature 477, 73 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10376
[21] X. Zhou, Ι. Dotsenko, Β. Peaudecerf, Τ. Rybarczyk, C. Sayrin, S. Gleyzes, JM Raimond, Μ. Brune και S. Haroche, Phys. Rev. Lett. 108, 243602 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.243602
[22] Κ. Jacobs, Phys. Rev. Α 80, 012322 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.012322
[23] Ρ. Strasberg, G. Schaller, Τ. Brandes και Μ. Esposito, Phys. Rev. Lett. 110, 040601 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.040601
[24] D. Hartich, AC Barato και U. Seifert, J. Stat. Mech. P02016 (2014), 10.1088 / 1742-5468 / 2014/02 / Ρ02016.
https://doi.org/10.1088/1742-5468/2014/02/P02016
[25] JM Horowitz και Μ. Esposito, Phys. Rev. Χ 4, 031015 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.4.031015
[26] JV Koski, Α. Kutvonen, ΙΜ Khaymovich, Τ. Ala-Nissila, και JP Pekola, Phys. Rev. Lett. 115, 260602 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.260602
[27] P. Strasberg, G. Schaller, TL Schmidt και Μ. Esposito, Phys. Rev. Β 97, 205405 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.97.205405
[28] Κ. Ptaszynski και Μ. Esposito, Phys. Rev. Lett. 123, 200603 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.200603
[29] R. Sánchez, Ρ. Samuelsson και ΡΡ Potts, Phys. Rev. Research 1, 033066 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.1.033066
[30] D. Mandal και C. Jarzynski, Proc. Natl. Acad. Sci. 109, 11641 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1204263109
[31] S. Deffner και C. Jarzynski, Phys. Rev. Χ 3, 041003 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.3.041003
[32] Ρ. Strasberg, J. Cerrillo, G. Schaller, και Τ. Brands, Phys. Rev. Ε 92, 042104 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.92.042104
[33] Μ. Esposito, U. Harbola, and S. Mukamel, Rev. Mod. Phys. 81, 1665 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1665
[34] Μ. Campisi, Ρ. Hänggi, και Ρ. Talkner, Rev. Mod. Phys. 83, 771 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.83.771
[35] C. Elouard, DA Herrera-Martiί, Μ. Clusel και Α. Auffèves, npj Quantum Inf. 3, 9 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41534-017-0008-4
[36] G. Chiribella, GM D'Ariano και P. Perinotti, Phys. Rev. Lett. 101, 060401 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.060401
[37] MT Quintino, Q. Dong, Α. Shimbo, Α. Soeda και Μ. Murao, Phys. Rev. Α 100, 062339 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.062339
[38] FA Pollock, C. Rodriguez-Rosario, Τ. Frauenheim, Μ. Paternostro, and Κ. Modi, Phys. Rev. Lett. 120, 040405 (2018b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.040405
[39] Ρ. Strasberg και MG Díaz, Phys. Rev. Α 100, 022120 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022120
[40] S. Milz, D. Egloff, Ρ. Taranto, Τ. Theurer, ΜΒ Plenio, Α. Smirne, και SF Huelga, arXiv: 1907.05807 (2019).
arXiv: 1907.05807
[41] GD Berk, AJP Garner, Β. Yadin, Κ. Modi και FA Pollock, arXiv 1907.07003 (2019).
arXiv: 1907.07003
[42] J. Pearl, Αιτιότητα: Μοντέλα, Αιτιολογία και Συμπεράσματα (Cambridge University Press, Νέα Υόρκη, 2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161
[43] F. Sakuldee, S. Milz, FA Pollock και Κ. Modi, J. Phys. Α: Μαθηματικά. Theor. 51, 414014 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aabb1e
[44] K. Kraus, States, Effects and Operations: Βασικές έννοιες της κβαντικής θεωρίας (Springer-Verlag, Βερολίνο Χαϊδελβέργη, 1983).
https://doi.org/10.1007/3-540-12732-1
[45] AS Holevo, Στατιστική δομή της κβαντικής θεωρίας (Springer-Verlag, Βερολίνο Χαϊδελβέργη, 2001).
https://doi.org/10.1007/3-540-44998-1
[46] HM Wiseman και GJ Milburn, Κβαντική Μέτρηση και Έλεγχος (Cambridge University Press, Cambridge, 2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511813948
[47] Κ. Jacobs, Quantum Measurement Theory και τις Εφαρμογές της (Cambridge University Press, Cambridge, 2014).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139179027
[48] R. Silva, Y. Guryanova, AJ Short, P. Skrzypczyk, Ν. Brunner και S. Popescu, New J. Phys. 19, 103022 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa84fe
[49] WF Stinespring, Proc. Είμαι. Μαθηματικά. Soc. 6, 211 (1955).
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2032342
[50] R. Wu, Α. Pechen, C. Brif, and Η. Rabitz, J. Phys. Α 40, 5681 (2007).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/40/21/015
[51] L. Bruneau, Α. Joye και Μ. Merkli, Αηη. Henri Poincaré 10, 1251 (2010).
https://doi.org/10.1007/s00023-009-0017-8
[52] Ρ. Strasberg, G. Schaller, Τ. Brandes και Μ. Esposito, Phys. Rev. Χ 7, 021003 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.021003
[53] J. Cresser, Physica Scripta 94, 034005 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1402-4896 / aaf902
[54] Μ. Ozawa, J. Math. Phys. 25, 79 (1984).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.526000
[55] CH Bennett, Int. J. Theor. Phys. 21, 905 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02084158
[56] HM Wiseman, Κβαντικές τροχιές και ανατροφοδότηση (διδακτορική διατριβή, University of Queensland, 1994).
[57] HM Wiseman και GJ Milburn, Phys. Rev. Α 49, 4110 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.49.4110
[58] S. Lloyd, Phys. Rev. Α 62, 022108 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.62.022108
[59] Ρ. Strasberg και Μ. Esposito, Phys. Rev. Ε 99, 012120 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.99.012120
[60] U. Seifert, Phys. Αναθ. Lett. 116, 020601 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.020601
[61] C. Jarzynski, Phys. Rev. Χ 7, 011008 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.011008
[62] HJD Miller and J. Anders, Phys. Rev. Ε 95, 062123 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.95.062123
[63] Ρ. Strasberg και Μ. Esposito, Phys. Rev. Ε 95, 062101 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.95.062101
[64] J.-T. Hsiang και BL Hu, Εντροπία 20, 423 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20060423
[65] Α. Rivas, arXiv: 1910.01246 (2019).
arXiv: 1910.01246
[66] Μ. Esposito, Κ. Lindenberg και C. Van den Broeck, New J. Phys. 12, 013013 (2010).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/12/1/013013
[67] Κ. Takara, Η.-Η. Hasegawa και DJ Driebe, Phys. Κάτοικος της Λατβίας. Α 375, 88 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2010.11.002
[68] Α. Uhlmann, Commun. Μαθηματικά. Phys. 54, 21 (1977).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01609834
[69] M. Ohya και D. Petz, Κβαντική Εντροπία και Χρήση της (Springer-Verlag, Heidelberg, 1993).
[70] F. Barra, Sci. Rep. 5, 14873 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep14873
[71] Ρ. Strasberg, G. Schaller, Ν. Lambert, και Τ. Brandes, New. J. Phys. 18, 073007 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/7/073007
[72] D. Newman, F. Mintert, and Α. Nazir, Phys. Rev. Ε 95, 032139 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.95.032139
Αναφέρεται από
[1] Philipp Strasberg και Massimiliano Esposito, «Σχετικά με τη δυνατότητα μέτρησης της θερμοδυναμικής κανένας ισορροπίας από την άποψη της μέσης δύναμης του Χάμιλτον», arXiv: 2001.08917.
[2] Philipp Strasberg και Andreas Winter, «Παραγωγή θερμότητας, εργασίας και εντροπίας σε ανοιχτά κβαντικά συστήματα: μια μικροσκοπική προσέγγιση με βάση την παρατήρηση παρακολούθησης», arXiv: 2002.08817.
Οι παραπάνω αναφορές είναι από SAO / NASA ADS (τελευταία ενημέρωση επιτυχώς 2020-03-02 15:33:20). Η λίστα μπορεί να είναι ελλιπής, καθώς δεν παρέχουν όλοι οι εκδότες τα κατάλληλα και πλήρη στοιχεία αναφοράς.
Δεν ήταν δυνατή η λήψη Crossref αναφερόμενα δεδομένα κατά την τελευταία προσπάθεια 2020-03-02 15:33:18: Δεν ήταν δυνατή η λήψη των αναφερόμενων δεδομένων για το 10.22331 / q-2020-03-02-240 από την Crossref. Αυτό είναι φυσιολογικό αν το DOI καταχωρήθηκε πρόσφατα.
Αυτό το Βιβλίο δημοσιεύεται στο Quantum στο πλαίσιο του Creative Commons Attribution 4.0 Διεθνής (CC BY 4.0) άδεια. Τα πνευματικά δικαιώματα παραμένουν στους κατόχους των πρωτότυπων δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας όπως οι δημιουργοί ή τα ιδρύματά τους
