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。

即使系统的状态是非平衡的，也通过合并信息量来开发非平衡状态的热力学。特别是，已经使用热力学，波动定理和jarzynski方程的第二定律研究了减少非平衡病例耗散的方法，以及抑制可以从系统中提取可以从系统中提取的工作波动的方法，已使用定量信息对热动力学进行了讨论。当我们要控制并有效地操纵非平衡动力学（例如热发动机和热力学任务），两个热力学物理量，可以从系统中提取的工作以及耗散工作（耗散），这些工作将耗散到热水浴中。工作具有操作意义，例如从系统中自由提取的“能量”，耗散代表了过程的不可逆性。在无法忽略热波动的微系统中，热力学量正在颤抖，并且取决于系统的轨迹，工作和耗散，每种功能形式都不同。在这项研究中，我们研究了两个重要的物理量如何受到系统的初始状态和最终状态之间的非平衡程度的限制。然后，我们得出了工作散落波动之间的权衡关系，其中不平衡自由能的标准偏差抑制了工作和耗散的标准偏差之和。我们还发现，工作波动和耗散不能同时最小化，并且之间存在权衡的关系。此外，通过使用详细的波动定理，我们得出了达到权衡的下限的特定协议，表明该方案包括哈密顿淬火，热平衡和准静态过程的组合。