Landauer 与 Nernst 之争：冷却量子系统的真实代价是什么？
量子物理
2023-03-29 v3
摘要
热力学将我们对世界的认知与操控从而控制世界的能力相联系。控制的这一关键作用由热力学第三定律即 Nernst 不可达原理所例证，该原理指出将系统冷却至绝对零度温度需要无限资源。但这些资源是什么，又应如何利用？而这又与著名地将信息与热力学相联系的 Landauer 原理有何关联？我们通过提供一个用于识别能够制备纯量子态的资源的框架来回答这些问题。我们表明，在给定无限时间或控制复杂度的条件下，以 Landauer 能量代价实现完美冷却是可能的。然而，此类最优协议需要由外部功源生成的复杂酉变换。限制于仅能通过热机运行的酉变换，我们推导出一个新颖的 Carnot-Landauer 极限，以及使其饱和的协议。这将 Landauer 原理推广至完全热力学设定，导致与第三定律的统一，并强调了控制在量子热力学中的重要性。
引用
@article{arxiv.2106.05151,
title = {Landauer vs. Nernst: What is the True Cost of Cooling a Quantum System?},
author = {Philip Taranto and Faraj Bakhshinezhad and Andreas Bluhm and Ralph Silva and Nicolai Friis and Maximilian P. E. Lock and Giuseppe Vitagliano and Felix C. Binder and Tiago Debarba and Emanuel Schwarzhans and Fabien Clivaz and Marcus Huber},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.05151},
year = {2023}
}
备注
13.5 pages, 4 figures, 44 pages of appendices; close to published version