量子マクスウェルの悪魔とその光格子上の冷却原子気体への応用

量子麦克斯韦魔鬼及其在光学晶格上冷原子气体中的应用

基本信息

批准号：
13J04105
负责人：
布能謙
金额：
$ 1.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-26 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

系の状態が非平衡の場合でも情報論的な量を取り入れることで、非平衡な状態に対する熱力学が進展してきた。特に、一般に非平衡な場合に対して散逸を小さくする方法が熱力学第二法則やゆらぎの定理、Jarzynski等式を用いて研究されてきたり、系から取り出せる仕事のゆらぎをできるだけ抑える方法が量子情報のテクニックを熱力学へと応用して議論されてきた。熱機関や熱力学的タスクといった非平衡なダイナミクスを制御し、効率的に操作したい場合、系から取り出せる仕事と熱浴へと散逸してしまう散逸仕事(散逸)の二つの熱力学的な物理量が重要な鍵を握る。仕事は系から“自由に取り出せるエネルギー”といった操作論的な意味を持ち、散逸はプロセスの不可逆性を表す。熱ゆらぎが無視できない微小系では熱力学的な量はゆらいでいて、系のトラジェクトリーに依存して仕事と散逸はそれぞれが異なった関数形をとる。本研究では、この仕事と散逸といった二つの重要な物理量が系の初期状態・終状態の非平衡の度合いによってどのような制約を受けるかについて研究を行った。そして、仕事と散逸それぞれの標準偏差の和は非平衡自由エネルギーの標準偏差によって下から抑えられるという仕事ゆらぎ-散逸ゆらぎの間のトレードオフ関係を導出した。また、仕事ゆらぎと散逸を同時に最小化することはできず、それらの間にトレードオフ関係があることも見出した。さらに、詳細ゆらぎの定理を使うことによって、トレードオフの下限を達成する具体的なプロトコルの導出を行い、そのプロトコルがハミルトニアンのクエンチ、熱平衡化、準静的過程の組み合わせで構成されることを明らかにした。

即使系统是非平衡的，非平衡态的热力学也通过结合基于信息的量而得到了进步。特别是，利用热力学第二定律、波动定理和 Jarzynski 方程研究了减少非平衡情况下耗散的方法，并提出了尽可能抑制可从系统中提取的功波动的方法。使用量子信息进行研究。该技术已应用于热力学并进行了讨论。当我们想要控制和有效运行非平衡动力学（例如热机和热力学任务）时，我们需要考虑两个热力学物理量：可以从系统中提取的功和耗散到热浴中的耗散功。握住重要的钥匙。功具有从系统中“自由提取能量”的操作意义，耗散代表过程的不可逆性。在热波动不可忽视的微小系统中，热力学量会波动，并且根据系统的轨迹，做功和耗散各自呈现不同的函数形式。在这项研究中，我们研究了功和耗散这两个重要的物理量如何受到系统初始状态和最终状态之间的不平衡程度的限制。然后，我们推导出功涨落和耗散涨落之间的权衡关系，其中功和耗散标准差之和被非平衡自由能标准差从下方抑制。我们还发现，工作波动和耗散不能同时最小化，并且它们之间存在权衡关系。此外，通过使用详细的波动定理，我们推导出实现权衡下限的特定协议，并表明该协议由哈密顿淬灭、热平衡和准静态过程的组合组成。