Work statistics in open quantum systems

Samu Suomela

Work statistics in open quantum systems

Julkaisun otsikon käännös: Työn statistiikka avoimissa kvanttimekaanisissa systeemeissä

Samu Suomela

Tutkimustuotos: Doctoral Thesis › Collection of Articles

Abstrakti

Nopea kehitys pienten komponenttien valmistamisessa on tehnyt tarpeelliseksi laajentaa termodynamiikan konseptit pieniin systeemeihin ja lopulta kvanttimekaanisiin systeemeihin. Näiden systeemien pienen koon takia termodynaamisia suureita, kuten työtä ja lämpöä, ei voida kuvata pelkällä keskiarvolla, vaan koko jakauma täytyy ottaa huomioon. Tässä väitöskirjassa tutkitaan työn statistiikkaa avoimissa kvanttisysteemeissä. Väitöskirjassa näytetään, että työn määritelmät, jotka ovat yhtenevät suljetuille systeemeille, voivat johtaa eri tuloksiin avoimissa kvanttisysteemeissä. Työssä laajennetaan myös työn fluktuaatiorelaatiot lähes adiabaattisesti ajasta riippuviin systeemeihin. Väitöskirjassa kehitetään myös malli, joka ottaa huomioon ympäristön äärellisen koon. Tämä malli mahdollistaa työn mittaamiseen ehdotettujen kokeiden mallintamisen, joissa ympäristön koon täytyy olla pieni lämmönvaihdon mittaamiseksi. Mallille kehitetään myös stokastinen vastine, joka mahdollistaa stokastisen termodynaamikan käytön työn ja lämmön analysoimiseen. Väitöskirjassa kehitetyt menetelmät mahdollistavat termodynamiikan tutkimisen systeemeissä, joita ei tavanomaisilla menetelmillä pystytä tutkimaan.

Julkaisun otsikon käännös	Työn statistiikka avoimissa kvanttimekaanisissa systeemeissä
Alkuperäiskieli	Englanti
Pätevyys	Tohtorintutkinto
Myöntävä instituutio	Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja	Ala-Nissilä, Tapio, Vastuuprofessori Ala-Nissilä, Tapio, Ohjaaja
Kustantaja	Aalto University
Painoksen ISBN	978-952-60-7264-7
Sähköinen ISBN	978-952-60-7263-0
Tila	Julkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppi	G5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

avoimet kvanttisysteemit
termodynamiikka
stokastinen termodynamiikka
työfluktuaatiot

Pääsy asiakirjaan

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-7263-0Lisenssi: Määrittelemätön

OpenUrl-saatavuus

Koko teksti

Siteeraa tätä

@phdthesis{7e8763de624c42298224d965cb201256,

title = "Work statistics in open quantum systems",

abstract = "Nopea kehitys pienten komponenttien valmistamisessa on tehnyt tarpeelliseksi laajentaa termodynamiikan konseptit pieniin systeemeihin ja lopulta kvanttimekaanisiin systeemeihin. N{\"a}iden systeemien pienen koon takia termodynaamisia suureita, kuten ty{\"o}t{\"a} ja l{\"a}mp{\"o}{\"a}, ei voida kuvata pelk{\"a}ll{\"a} keskiarvolla, vaan koko jakauma t{\"a}ytyy ottaa huomioon. T{\"a}ss{\"a} v{\"a}it{\"o}skirjassa tutkitaan ty{\"o}n statistiikkaa avoimissa kvanttisysteemeiss{\"a}. V{\"a}it{\"o}skirjassa n{\"a}ytet{\"a}{\"a}n, ett{\"a} ty{\"o}n m{\"a}{\"a}ritelm{\"a}t, jotka ovat yhtenev{\"a}t suljetuille systeemeille, voivat johtaa eri tuloksiin avoimissa kvanttisysteemeiss{\"a}. Ty{\"o}ss{\"a} laajennetaan my{\"o}s ty{\"o}n fluktuaatiorelaatiot l{\"a}hes adiabaattisesti ajasta riippuviin systeemeihin. V{\"a}it{\"o}skirjassa kehitet{\"a}{\"a}n my{\"o}s malli, joka ottaa huomioon ymp{\"a}rist{\"o}n {\"a}{\"a}rellisen koon. T{\"a}m{\"a} malli mahdollistaa ty{\"o}n mittaamiseen ehdotettujen kokeiden mallintamisen, joissa ymp{\"a}rist{\"o}n koon t{\"a}ytyy olla pieni l{\"a}mm{\"o}nvaihdon mittaamiseksi. Mallille kehitet{\"a}{\"a}n my{\"o}s stokastinen vastine, joka mahdollistaa stokastisen termodynaamikan k{\"a}yt{\"o}n ty{\"o}n ja l{\"a}mm{\"o}n analysoimiseen. V{\"a}it{\"o}skirjassa kehitetyt menetelm{\"a}t mahdollistavat termodynamiikan tutkimisen systeemeiss{\"a}, joita ei tavanomaisilla menetelmill{\"a} pystyt{\"a} tutkimaan.",

keywords = "open quantum systems, work fluctuations, stochastic thermodynamics, quantum jump method, finite environment, avoimet kvanttisysteemit, termodynamiikka, stokastinen termodynamiikka, ty{\"o}fluktuaatiot, open quantum systems, work fluctuations, stochastic thermodynamics, quantum jump method, finite environment",

author = "Samu Suomela",

year = "2017",

language = "English",

isbn = "978-952-60-7264-7",

series = "Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS",

publisher = "Aalto University",

number = "15",

address = "Finland",

school = "Aalto University",

}

TY - THES

T1 - Work statistics in open quantum systems

AU - Suomela, Samu

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Nopea kehitys pienten komponenttien valmistamisessa on tehnyt tarpeelliseksi laajentaa termodynamiikan konseptit pieniin systeemeihin ja lopulta kvanttimekaanisiin systeemeihin. Näiden systeemien pienen koon takia termodynaamisia suureita, kuten työtä ja lämpöä, ei voida kuvata pelkällä keskiarvolla, vaan koko jakauma täytyy ottaa huomioon. Tässä väitöskirjassa tutkitaan työn statistiikkaa avoimissa kvanttisysteemeissä. Väitöskirjassa näytetään, että työn määritelmät, jotka ovat yhtenevät suljetuille systeemeille, voivat johtaa eri tuloksiin avoimissa kvanttisysteemeissä. Työssä laajennetaan myös työn fluktuaatiorelaatiot lähes adiabaattisesti ajasta riippuviin systeemeihin. Väitöskirjassa kehitetään myös malli, joka ottaa huomioon ympäristön äärellisen koon. Tämä malli mahdollistaa työn mittaamiseen ehdotettujen kokeiden mallintamisen, joissa ympäristön koon täytyy olla pieni lämmönvaihdon mittaamiseksi. Mallille kehitetään myös stokastinen vastine, joka mahdollistaa stokastisen termodynaamikan käytön työn ja lämmön analysoimiseen. Väitöskirjassa kehitetyt menetelmät mahdollistavat termodynamiikan tutkimisen systeemeissä, joita ei tavanomaisilla menetelmillä pystytä tutkimaan.

AB - Nopea kehitys pienten komponenttien valmistamisessa on tehnyt tarpeelliseksi laajentaa termodynamiikan konseptit pieniin systeemeihin ja lopulta kvanttimekaanisiin systeemeihin. Näiden systeemien pienen koon takia termodynaamisia suureita, kuten työtä ja lämpöä, ei voida kuvata pelkällä keskiarvolla, vaan koko jakauma täytyy ottaa huomioon. Tässä väitöskirjassa tutkitaan työn statistiikkaa avoimissa kvanttisysteemeissä. Väitöskirjassa näytetään, että työn määritelmät, jotka ovat yhtenevät suljetuille systeemeille, voivat johtaa eri tuloksiin avoimissa kvanttisysteemeissä. Työssä laajennetaan myös työn fluktuaatiorelaatiot lähes adiabaattisesti ajasta riippuviin systeemeihin. Väitöskirjassa kehitetään myös malli, joka ottaa huomioon ympäristön äärellisen koon. Tämä malli mahdollistaa työn mittaamiseen ehdotettujen kokeiden mallintamisen, joissa ympäristön koon täytyy olla pieni lämmönvaihdon mittaamiseksi. Mallille kehitetään myös stokastinen vastine, joka mahdollistaa stokastisen termodynaamikan käytön työn ja lämmön analysoimiseen. Väitöskirjassa kehitetyt menetelmät mahdollistavat termodynamiikan tutkimisen systeemeissä, joita ei tavanomaisilla menetelmillä pystytä tutkimaan.

KW - open quantum systems

KW - work fluctuations

KW - stochastic thermodynamics

KW - quantum jump method

KW - finite environment

KW - avoimet kvanttisysteemit

KW - termodynamiikka

KW - stokastinen termodynamiikka

KW - työfluktuaatiot

KW - open quantum systems

KW - work fluctuations

KW - stochastic thermodynamics

KW - quantum jump method

KW - finite environment

M3 - Doctoral Thesis

SN - 978-952-60-7264-7

T3 - Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS

PB - Aalto University

ER -