Work and heat at the mesoscale

• Název práce v češtině: Teplo a práce v mesoskopických systémech
• Název v anglickém jazyce: Work and heat at the mesoscale
• Klíčová slova: práce|teplo|kvantová koherence|tepelný stroj|dvouhladinový systém|produkce entropie|kvantová výhoda|otevřené systémy|slabá vazba|Lindbladova řídíci rovnice
• Klíčová slova anglicky: work|heat|quantum coherence|heat engine|two-level system|entropy production|quantum advantage|open systems|weak coupling|Lindblad master equation
• Akademický rok vypsání: 2021/2022
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra makromolekulární fyziky (32-KMF)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Artem Ryabov, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 22.02.2022
• Datum zadání: 23.02.2022
• Datum potvrzení stud. oddělením: 08.03.2022
• Datum a čas obhajoby: 01.09.2023 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 10.07.2023
• Datum odevzdání tištěné podoby: 10.07.2023
• Datum proběhlé obhajoby: 01.09.2023
• Oponenti: Mgr. Michal Kolář, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Studium přeměny tepla na práci prostřednictvím teplených motorů vedlo k objevení základů klasické termodynamiky, entropie a druhé věty platné pro makroskopické systémy. V současné době se aktivně řeší otázka, jaké experimentálně relevantní důsledky mohou mít různá zobecnění formalizmu klasické termodynamiky na mikroskopickou úroveň. Zatímco v případě systémů řízených klasickou stochastickou dynamikou existuje konzistentní formalizmus a jeho vlastnosti jsou ve velké míře prostudovány [1,2], v případě kvantových disipativních systémů jsou samotné definice práce a tepla stále předmětem diskuze [3].
Prvním hlavním cílem této diplomové práce bude vytvořit přehled a porovnání existujících definic práce a tepla v kvantových systémech s tzv. koherencemi (mimo-diagonální elementy matice hustoty). Poté bude provedena analýza tepla, práce, účinnosti, výkonu a zejména fluktuací těchto veličin v několikahladinovém modelu kvantové tečky napojené na rezervoáry tepla a částic. Získané statistické vlastnosti budou diskutovány z hlediska platnosti a zobecnění kvantových fluktuačních teorémů a termodynamických relaci neurčitosti.

Seznam odborné literatury

[1] U. Seifert, Rep. Prog. Phys. 75 126001 (2012).
[2] V. Holubec and A. Ryabov, J. Phys. A: Math. Theor. 55, 013001 (2022).
[3] M. Perarnau-Llobet, E. Bäumer, K.V. Hovhannisyan, M. Huber, and A. Acin, Phys. Rev. Lett. 118, 070601 (2017).
[4] K.V. Hovhannisyan and A. Imparato, arXiv:2104.09364 (2021).
[5] H. Tajima and K. Funo, Phys. Rev. Lett. 127, 190604 (2021).
[6] F. Petruccione and H.-P. Breuer, The Theory of Open Quantum Systems (OUP 2003).
[7] N.G. Van Kampen, Stochastic processes in physics and chemistry (3rd ed., North-Holland Personal Library).
[8] C.W. Gardiner, Handbook of Stochastic Methods for Physics, Chemistry and the Natural Sciences (2nd ed., Springer-Verlag Berlin 1983).
[9] Další odborná časopisecká literatura dle doporučení vedoucího.