テクノロジー?材料
量子力学的な多粒子系に流れる热流の原理限界を导出
(Image by Olha Yefimova/Shutterstock)
量子力学的な多数の粒子からなる量子系へ流れる热流の限界を、粒子数との関连から数学的に导出しました。その帰结として、粒子数が増えるにつれて热流がどのように増大するかについての原理限界を解明し、将来実现されうる量子热デバイスの性能限界を明らかにしました。
近年、微小な物体の量子力学的な性质を活用した量子技术の研究が进められています。その研究分野の一つである量子热力学においては、量子性を用いた量子热机関や量子バッテリーなどが、理论?実験両面から研究され、その可能性が议论されてきました。とりわけ、こういったデバイスの性能は、用いる量子系のサイズを大きくする时に、それを取り巻く环境系から量子系に流れる热流（単位时间あたりに流れる热）をどれくらい大きくできるかによって决定されます。しかし、そのような集団的な量子系に流れる热流の原理限界については解明されていませんでした。
本研究では、量子系に流れる热流の限界を求めるための新たな不等式を数学的に导出しました。これを用いて、量子系が多数の粒子から构成される场合、量子系へ流れる热流が粒子数の3乗の関数以上に増大しないことを示しました。また、より现実的な条件设定の下で成り立つ不等式を导出し、その场合には热流は粒子数の2乗の関数よりも速く向上しないことが分かりました。古くから知られる「超放射」というエネルギー放射の现象は、今回导出した原理限界を达成するという意味で、最も効率のよいエネルギー放射过程であることも明らかになりました。
先行研究では、さまざまな具体例において粒子数の1乗の関数を超える非线形な热流の増大が示唆されてきたものの、あらゆる例に适用可能な原理限界を明らかにしたのは、本研究が初めてです。本研究结果は、量子デバイスの冷却机関等への応用も可能であると考えられます。
笔顿贵资料
プレスリリース研究代表者
筑波大学数理物质系掲载论文
- 【题名】
- Universal Scaling Bounds on a Quantum Heat Current
（量子热流の普遍的なスケーリング限界） - 【掲载誌】
- Physical Review Letters
- 【顿翱滨】