Termodinamika kuantum: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
NikolasKHF (bicara | kontrib) Menambahkan baru |
NikolasKHF (bicara | kontrib) Menambahkan bagian baru |
||
Baris 49:
Pengecekkan ulang untuk ekspresi arus kalor yang bergantung pada waktu menggunakan teknik tranportasi kuantum telah diusulkan.<ref>{{cite journal | last1=Ludovico | first1=María Florencia | last2=Lim | first2=Jong Soo | last3=Moskalets | first3=Michael | last4=Arrachea | first4=Liliana | last5=Sánchez | first5=David | s2cid=119265583 | title=Dynamical energy transfer in ac-driven quantum systems | journal=Physical Review B | volume=89 | issue=16 | date=2014-04-21 | issn=1098-0121 | doi=10.1103/physrevb.89.161306 | page=161306(R)|arxiv=1311.4945| bibcode=2014PhRvB..89p1306L |language=en}}</ref> Selain itu, penurunan dinamika yang konsisten di luar batas penggandengan lemah juga telah diusulkan.<ref>{{cite journal | last1=Esposito | first1=Massimiliano | last2=Ochoa | first2=Maicol A. | last3=Galperin | first3=Michael | s2cid=11498686 | title=Quantum Thermodynamics: A Nonequilibrium Green's Function Approach | journal=Physical Review Letters | volume=114 | issue=8 | date=2015-02-25 | issn=0031-9007 | doi=10.1103/physrevlett.114.080602 | pmid=25768745 | page=080602|arxiv=1411.1800| bibcode=2015PhRvL.114h0602E |language=en}}</ref> Formulasi fenomenologikal dari dinamika kuantum searah yang konsisten dengan hukum kedua dan mengimplementasikannya dengan ide geometri dari "kenaikan entropi tercuram" atau "graden arus" telah diusulkan untuk memodelkan relaksasi dan penggandengan kuat.<ref>{{cite journal | last1=Tabakin | first1=Frank | title=Model dynamics for quantum computing | journal=Annals of Physics | volume=383 | date=2017-06-03 | doi=10.1016/j.aop.2017.04.013 | page=33 | arxiv=1611.00664 | bibcode=2017AnPhy.383...33T | s2cid=119718818 |language = en}}</ref><ref>{{cite journal | last1=Beretta | first1=Gian Paolo | title=The fourth law of thermodynamics: steepest entropy ascent | journal=Philosophical Transactions of the Royal Society A | volume=378 | issue=2170 | date=2020-05-01 | issn=1471-2962 | doi=10.1098/rsta.2019.0168 | page=20190168| pmid=32223406 |arxiv=1908.05768 | bibcode=2020RSPTA.37890168B | s2cid=201058607 |language = en}}</ref>
=== Kemunculan hukum kedua termodinamika ===
[[Hukum kedua termodinamika]] menyatakan ketakterbalikan dinamika atau perpecahan dari [[Simetri T|simetri waktu]]. Hal ini konsisten dengan definisi empiris, yaitu panas akan mengalir secara spontan dari sumber bersuhu tinggi ke tempat bersuhu lebih rendah.
Dari sudut pandang statis, untuk sistem kuantum tertutup, hukum kedua termodinamika adalah konsekuensi dari evolusi uniter.<ref>{{cite journal | last1=Lieb | first1=Elliott H. | last2=Yngvason | first2=Jakob | s2cid=119620408 | title=The physics and mathematics of the second law of thermodynamics | journal=Physics Reports | volume=310 | issue=1 | year=1999 | issn=0370-1573 | doi=10.1016/s0370-1573(98)00082-9 | pages=1–96|arxiv=cond-mat/9708200| bibcode=1999PhR...310....1L |language=en}}</ref> Dengan pendekatan ini, dapat dihitung perubahan entropi sebelum dan setelah perubahan dalam keseluruhan sistem. Sudut pandang dinamis didasarkan pada perhitungan lokal dari perubahan [[entropi]] dalam suatu subsistem dan entropi yang diciptakan dari bak.
====Entropi====
Dalam termodinamika, entropi berhubungan dengan jumlah energi pada suatu sistem yang dapat diubah menjadi kerja mekanis dalam proses konkret.<ref name=EntropyDefinition>{{cite book|last1=Gyftopoulos|first1=E. P.|last2=Beretta|first2=G. P.|title=Thermodynamics: Foundations and Applications|year=2005|origyear=1st ed., Macmillan, 1991|publisher=Dover Publications|place=Mineola (New York) |url=https://books.google.com/books?id=ISBN9780486439327 |language=en}}</ref> Di mekanika kuantum, hal ini diartikan sebagai kemampuan untuk mengukur dan memanipulasi sistem berdasarkan informasi yang dikumpulkan dari pengukuran. Contohnya adalah kasus [[setan Maxwell]] yang telah dipecahkan oleh [[Leó Szilárd]].<ref>{{cite journal | last=Szilard | first=L. | s2cid=122038206 | title=Über die Entropieverminderung in einem thermodynamischen System bei Eingriffen intelligenter Wesen |trans-title=On the minimization of entropy in a thermodynamic system with interferences of intelligent beings| journal=Zeitschrift für Physik | volume=53 | issue=11–12 | year=1929 | issn=1434-6001 | doi=10.1007/bf01341281 | bibcode=1929ZPhy...53..840S | pages=840–856 | language=de}}</ref><ref>{{cite book|last=Brillouin|first=L.|title=Science and Information Theory|publisher=Academic Press|location=New York|year=1956|p=107}}</ref><ref>{{cite journal | last1=Maruyama | first1=Koji | last2=Nori | first2=Franco | last3=Vedral | first3=Vlatko | s2cid=18436180 | title=Colloquium: The physics of Maxwell's demon and information | journal=Reviews of Modern Physics | volume=81 | issue=1 | date=2009-01-06 | issn=0034-6861 | doi=10.1103/revmodphys.81.1 | pages=1–23|arxiv=0707.3400| bibcode=2009RvMP...81....1M |language=en}}</ref>
Entropi dari benda yang dapat diamati diasosiasikan sebagai pengukuran proyeksi dari benda yang dapat diamati tersebut, <math display=inline>\langle A \rangle</math>, dengan operator <math display=inline>A</math> memiliki dekomposisi spektrum sebagai berikut:
:<math>A = \sum_j \alpha_j P_j</math>
dengan <math display=inline>P_j</math> adalah operator proyeksi dari [[Nilai dan vektor eigen|nilai eigen]] <math display=inline>\alpha_j</math>.
Kemungkinan hasil <math display=inline>j</math> adalah <math display=inline>p_j = \mathrm{Tr}(\rho P_j)</math>. Entropi yang diasosiasikan dengan benda <math display=inline>\langle A \rangle</math> yang dapat diamati adalah [[entropi Shannon]] dengan kemungkinan hasil:
:<math>S_A = -\sum_j p_j \ln p_j</math>
Benda yang dapat diamati yang paling signifikan di termodinamika adalah energi yang direpresentasikan oleh [[Hamiltonian (mekanika kuantum)|operator Hamiltonian]] <math display=inline>H</math> dan asosiasi entropi energinya, <math display=inline>S_E</math>.<ref>{{cite journal | last=Polkovnikov | first=Anatoli | s2cid=118412733 | title=Microscopic diagonal entropy and its connection to basic thermodynamic relations | journal=Annals of Physics | volume=326 | issue=2 | year=2011 | issn=0003-4916 | doi=10.1016/j.aop.2010.08.004 | pages=486–499|arxiv=0806.2862| bibcode=2011AnPhy.326..486P |language=en}}</ref>
[[John von Neumann]] mengusulkan salah satu benda teramati yang paling informatif untuk mengkarakterisasi entropi dari sistem. Invarian ini didapatkan dari mengurangi entropi terhadap seluruh kemungkinan benda teramati. Operator teramati paling informatif mengikuti keadaan sistem. Entropi dari benda yang teramati ini disebut sebagai [[entropi Von Neumann]] dan bernilai:
:<math>S_{\rm vn} = - \mathrm{TR}(\rho \ln \rho)</math>
Sebagai konsekuensi, <math display=inline>S_A \ge S_{\rm vn}</math> untuk seluruh benda teramati. Pada kesetimbangan termal, entropi energi bernilai sama dengan entropi Von Neumann: <math display=inline>S_E = S_{\rm vn}</math>.
<math display=inline>S_{\rm vn}</math> adalah invarian dari transformasi uniter dari perubahan keadaan. Entropi Von Neumann <math display=inline>S_{\rm vn}</math> bersifat aditif untuk keadaan sistem yang terdiri dari perkalian tensor dari subsistemnya:
:<math>\rho = \Pi_j \otimes \rho_j</math>
==== Versi Clausius dari hukum kedua termodinamika ====
Tidak ada proses yang hasilnya hanya berupa transfer panas dari sistem yang dengan suhu rendah ke sistem dengan suhu tinggi.
Pernyataan ini untuk bak kalor berpasangan-N dengan keadaan stabil menjadi:
:<math>\sum_n \frac{J_n}{T_n} \ge 0</math>
Versi dinamis dari hukum kedua termodinamika dapat dibuktikan, berdasarkan pertidaksamaan [[Herbert Spohn|Spohn]]:<ref>{{cite journal|last1=Spohn|first1=Herbert|last2=Lebowitz|first2=Joel L.|title=Irreversible Thermodynamics for Quantum Systems Weakly Coupled to Thermal Reservoirs|journal=Advances in Chemical Physics:For Ilya Prigogine|volume=38|date=1978-01-01|p=109|language=en}}</ref>
:<math>\mathrm{Tr} \left( L_{\rm D} \rho [\ln \rho(\infty) - \ln \rho ] \right) \ge 0,</math>
yang valid untuk setiap generator L-GKS, dengan keadaan diam, <math display=inline>\rho(\infty)</math>.<ref name="entropy1"/>
Konsistensi dengan termodinamika dapat digunakan untuk memverifikasi model transportasi dinamis. Misalnya, model lokal untuk jaringan dengan persamaan L-GKS lokal terhubung melalui tautan lemah yang dikira telah melanggar [[hukum kedua termodinamika]].<ref>{{cite journal | last1=Levy | first1=Amikam | last2=Kosloff | first2=Ronnie | s2cid=118498868 | title=The local approach to quantum transport may violate the second law of thermodynamics | journal=Europhysics Letters | volume=107 | issue=2 | date=2014-07-01 | issn=0295-5075 | doi=10.1209/0295-5075/107/20004 | arxiv=1402.3825 | bibcode=2014EL....10720004L | page=20004 |language=en}}</ref> Pada tahun 2018, telah ditunjukkan bahwa dengan memperhitungkan dengan benar seluruh kerja dan energi yang berkontribusi pada keseluruhan sistem, persamaan utama lokal koheren penuh dengan hukum kedua termodinamika.<ref name="DeChiara-Antezza2018">{{cite journal|last1=De Chiara|first1=Gabriele|first2=Gabriel|last2=Landi|first3=Adam|last3=Hewgill|first4=Brendan|last4=Reid|first5=Alessandro|last5=Ferraro|first6=Augusto J|lest6=Roncaglia|first7=Mauro|last7=Antezza|title=Reconciliation of quantum local master equations with thermodynamics|journal=New Journal of Physics|volume=20|year=2018|doi=10.1088/1367-2630/aaecee|p=113024|language=en}}</ref>
== Referensi ==
| |||