熱機関のパワーと効率の相補性の研究

热机功率与效率互补性研究

• 批准号: 17J00393
• 负责人: 白石 直人
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00393/
• 关键词: 非平衡統計力学; ゆらぐ系の熱力学; 有限時間熱力学; 量子速度限界; 熱機関; 量子制御; 確率過程; 熱効率; 仕事率; トレードオフ不等式; リーブ・ロビンソン限界; 不確定性関係

研究1年目に想定以上の速さでの研究の進展があったため、2年目には得られている結果をより体系的にまとめ直すと同時に、「速度限界」の問題との関係性をより深く理解するための研究を行った。まず、ここまでに得られていた熱機関の効率とスピードに関する結果を整理し、特に不等式に出てきた量に対する物理的な意味を考察した。その結果、まずLangevin系においては、この係数は運動量期待値という物理的に明確な意味を持つ量に比例することが分かった。さらに、平衡近傍の線形応答領域の系においては、この係数は熱伝導度と一致するとともに、得られていた効率とスピードのトレードオフは、線形応答領域では等号達成するタイトな不等式であることが分かった。この結果は、得られた不等式が強いバウンドであることを示すと同時に、係数は「熱流のゆらぎ」のような物理的な意味を持つ量であることを示唆するものである。また同時に、この係数に対する上からの不等式評価も得られ、「有限パワーではカルノー効率は達成できない」という禁止定理をより明確に示す結果となった。もう一つの、「量子速度限界」との関係性についても、マルコフ過程の場合の効率とスピードのトレードオフ不等式の手法を応用し、古典マルコフ過程で記述される系に対する速度限界を導出した。また、この結果は古典マルコフ過程に対するものだったが、量子マルコフ過程に対しても同様の不等式を得ることが出来た。研究計画3年目で行う予定だった、熱機関の操作者のゆらぎの影響についても、量子系の操作精度と操作者自身のエネルギーゆらぎに対するトレードオフ不等式を得ることに成功した。これは微小な量子系の制御における新たな原理限界を示すものである。これらとともに、マクロ系の熱平衡化の微視的基礎に関する研究も行い、様々な結果を得ることに成功している。

The research progress of the above speed limit in the first year and the results in the second year of the study are as follows: The result of the equation is that the equation of the heat transfer function is not equal to that of the heat transfer function. The result, Langevin system, coefficient, expectation of motion, physical meaning, proportion, The linear response field in the vicinity of the equilibrium is equal to the thermal conductivity of the equation. The result is that the inequality is strong and the coefficient is physical. At the same time, the coefficient of the inequality is obtained, and the result is clearly shown. A description of the relationship between quantum velocity limits and classical velocity limits is given. The result is that the classical process is the same as the quantum process. The research project is planned for three years. The expected results are obtained from the inequality of the operator's behavior, the operator's behavior, and the quantum system's operating accuracy. The new principle of quantum system control The research on the basis of thermal equilibrium and Weishi app was successful.

项目成果

Fundamental Relation Between Entropy Production and Heat Current

• DOI: 10.1007/s10955-018-2180-0
• 发表时间: 2018-10
• 期刊: Journal of Statistical Physics
• 影响因子: 1.6
• 作者: Naoto Shiraishi;Keiji Saito

Speed limit for open quantum systems

• DOI: 10.1088/1367-2630/aaf9f5
• 发表时间: 2019-01-09
• 期刊: NEW JOURNAL OF PHYSICS
• 影响因子: 3.3
• 作者: Funo, Ken;Shiraishi, Naoto;Saito, Keiji
• 通讯作者: Saito, Keiji

量子純粋状態の熱平衡化のシナリオを巡って

关于量子纯态热平衡的情况

• 发表时间: 2018
• 作者: Hiroyasu Tajima;Naoto Shiraishi;and Keiji Saito;Naoto Shiraishi and Keiji Saito;Naoto Shiraishi;Naoto Shiraishi and Takashi Mori;Naoto Shiraishi and Hiroyasu Tajima;Takashi Mori and Naoto Shiraishi;白石直人
• 通讯作者: 白石直人

Stationary engines in and beyond the linear response regime at the Carnot efficiency.

卡诺效率处于和超出线性响应范围的固定发动机。

• 发表时间: 2017
• 期刊: Physical Review E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Naoto Shiraishi

Examining scenarios of thermalization: analytic model approach

检查热化场景：分析模型方法

• 发表时间: 2018
• 作者: Hiroyasu Tajima;Naoto Shiraishi;and Keiji Saito;Naoto Shiraishi and Keiji Saito;Naoto Shiraishi;Naoto Shiraishi and Takashi Mori;Naoto Shiraishi and Hiroyasu Tajima;Takashi Mori and Naoto Shiraishi;白石直人;白石直人;Naoto Shiraishi;白石直人;Naoto Shiraishi
• 通讯作者: Naoto Shiraishi