Teoría general de los motores cuánticos lineales

• Autores: Aguilar, Milton Emiliano
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Paz, Juan Pablo
• Materia: MOTORES CUANTICOS; MAQUINAS TERMICAS CUANTICAS; TERMODINAMICA CUANTICA; INFORMACION CUANTICA; SISTEMAS CUANTICOS ABIERTOS; QUANTUM ENGINES; QUANTUM HEAT MACHINES; QUANTUM THERMODYNAMICS; QUANTUM INFORMATION; QUANTUM OPEN SYSTEMS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En este trabajo presentamos una teoría general y exacta para la clase de motores cuánticos lineales. La sustancia motora de estas máquinas es una red de osciladores sometidos a un potencial externo periódico, de la que se puede extraer trabajo útil. Acoplados a esta red, hay varios entornos bosónicos que cumplen el papel de reservorios, intercambiando calor con la sustancia motora, y pueden o no ser térmicos. El modelo matemático utilizado se puede resolver exactamente, sin la necesidad de recurrir a aproximaciones comunmente utilizadas en la literatura, como por ejemplo dinámica Markoviana, reservorios estáticos, o acoplamiento débil. La primera parte de esta tesis es un estudio completo de la termodinámica de los motores cuánticos lineales. Enunciamos la primera y segunda ley de la termodinámica, analizando en profundidad los procesos fundamentales que permiten el intercambio de calor entre la sustancia motora y los reservorios y, en última instancia, son los encargados de producir trabajo. Concluimos demostrando una cota generalizada para la eficiencia de estos motores al estilo de la de Carnot, que solo depende de los reservorios utilizados y no de la sustancia motora o del ciclo termodinámico que se está realizando, y mostramos que coincide con ésta cuando los reservorios son térmicos, y que puede ser mayor cuando no lo son. En la segunda parte de la tesis nos enfocamos en el efecto producido por los procesos fundamentales nombrados anteriormente en los reservorios, a tiempos largos. Mostramos que, en ese límite, hay una producción constante de correlaciones clásicas y cuánticas, incluido entrelazamiento, entre distintas partes de los reservorios. Además, analizamos el efecto que tienen las agitaciones térmicas sobre estas correlaciones, observando que hay algunas más robustas que otras.
In this work we present an exact general theory for the class of linear quantum engines. The working substance of this type of machines is a network of periodically driven oscillators. Coupled to this network there is an arbitrary amount of bosonic environments that play the role of reservoirs, which can be thermal or nonthermal. The mathematical model we use to describe the engine can be exactly solved, without the need of the usual approximations found in the literature such as Markovianity, static reservoirs or weak coupling. The first part of this thesis is a complete study of the thermodynamics of linear quantum engines. We state the first and second law of thermodynamics, with a deep analysis of the fundamental processes that enable the exchange of heat between the working substance and the reservoirs and, eventually, generate work that can be later extracted. We conclude by proving a generalized Carnot-like bound for the efficiency of these engines that only depends on the type of reservoirs used and not on the working substance or the thermodynamic cycle the engine is performing. We show that this generalized bound coincides with the Carnot efficiency when the reservoirs are thermal ones, and that it can be higher when they are not. In the second part of this thesis we will focus our attention on the effect the fundamental processes mentioned above have on the reservoirs in the long time regime. We will show that, in this limit, there is a continuous production of classical and quantum correlations, including entanglement, between different parts of the reservoirs. Additionally, we will analyze the effect of the thermal agitations on these correlations, showing that there are some more robust than others.
Fil: Aguilar, Milton Emiliano. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.