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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。

In the case of non-equilibrium state, the quantity of information theory is taken into account. In the case of non-equilibrium state, the thermodynamics is developed. In particular, in general, in non-equilibrium situations, the method of reducing the dispersion is used to study the second law of thermodynamics, the theorem of Jarzynski equation, and the method of quantum information is used to discuss the thermodynamic theory. The thermal mechanism and thermodynamics of the state of non-equilibrium control, efficiency of the operation of the situation, the system of extraction, heat bath, dissipation, dissipation of matter (dissipation) of the two thermodynamic physical quantities are important key to grasp. The meaning of "freedom of movement" and "irreversibility of movement" is expressed in the theory of operation. The heat of the system is not only small but also thermodynamic. The heat of the system depends on the heat of the system. In this paper, we study the initial state and the final state of the system of important physical quantities. The sum of standard deviations of non-equilibrium free radicals is derived from the standard deviation of non-equilibrium free radicals. The relationship between the two is minimized. In addition, the detailed theorem of heat balance and quasi-static process is composed of the following components: the derivation of specific heat balance, the combination of heat balance and quasi-static process, and the realization of the lower limit of heat balance.