Thermodynamics of hybrid quantum rotor devices
Abstract: We investigate the thermodynamics of a hybrid quantum device consisting of two qubits collectively interacting with a quantum rotor and coupled dissipatively to two equilibrium reservoirs at different temperatures. By modelling the dynamics and the resulting steady state of the system using a collision model, we identify the functioning of the device as a thermal engine, a refrigerator or an accelerator. In addition, we also look into the device's capacity to operate as a heat rectifier, and optimise both the rectification coefficient and the heat flow simultaneously. Drawing an analogy to heat rectification and since we are interested in the conversion of energy into the rotor's kinetic energy, we introduce the concept of angular momentum rectification which may be employed to control work extraction through an external load.
- R. Kosloff and A. Levy, Annual Review of Physical Chemistry 65, 365 (2014).
- M. T. Mitchison, Contemporary Physics 60, 164 (2019).
- N. M. Myers, O. Abah, and S. Deffner, AVS Quantum Science 4, 027101 (2022).
- S. Vinjanampathy and J. Anders, Contemporary Physics 57, 545 (2016).
- C. L. Latune, I. Sinayskiy, and F. Petruccione, Scientific Reports 9, 3191 (2019).
- J. Wang, J. He, and Y. Ma, Phys. Rev. E 100, 052126 (2019).
- F. Tonner and G. Mahler, Phys. Rev. E 72, 066118 (2005).
- N. Linden, S. Popescu, and P. Skrzypczyk, Phys. Rev. Lett. 105, 130401 (2010).
- R. Uzdin, A. Levy, and R. Kosloff, Phys. Rev. X 5, 031044 (2015).
- D. Venturelli, R. Fazio, and V. Giovannetti, Phys. Rev. Lett. 110, 256801 (2013).
- S. Seah, S. Nimmrichter, and V. Scarani, New Journal of Physics 20, 043045 (2018a).
- A. Roulet, S. Nimmrichter, and J. M. Taylor, Quantum Science and Technology 3, 035008 (2018).
- A. Levy, L. Diósi, and R. Kosloff, Phys. Rev. A 93, 052119 (2016).
- O. Culhane, M. T. Mitchison, and J. Goold, Phys. Rev. E 106, L032104 (2022).
- S. Campbell and B. Vacchini, Europhysics Letters 133, 60001 (2021).
- S. Cusumano, Entropy 24, 10.3390/e24091258 (2022).
- G. GarcÃa-Pérez, M. A. C. Rossi, and S. Maniscalco, npj Quantum Information 6, 1 (2020).
- M. Cech, I. Lesanovsky, and F. Carollo, Phys. Rev. Lett. 131, 120401 (2023).
- L. Gilz, E. P. Thesing, and J. R. Anglin, Generalized thermodynamics of an autonomous micro-engine (2013), arXiv:1304.3222 [cond-mat.stat-mech] .
- J. K. Pachos and M. B. Plenio, Phys. Rev. Lett. 93, 056402 (2004).
- W. Feng and D.-w. Wang, Phys. Rev. A 101, 062312 (2020).
- H. Breuer, F. Petruccione, and S. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems (Oxford University Press, 2002).
- B. A. Stickler, B. Schrinski, and K. Hornberger, Phys. Rev. Lett. 121, 040401 (2018).
- A. Allahverdyan and T. Nieuwenhuizen, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 305, 542 (2002).
- W. Niedenzu, M. Huber, and E. Boukobza, Quantum 3, 195 (2019).
- A. Touil, B. Çakmak, and S. Deffner, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 55, 025301 (2021).
- A. Hewgill, G. De Chiara, and A. Imparato, Phys. Rev. Res. 3, 013165 (2021).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.
