The role of coherences in quantum thermodynamics

Abstract

En esta tesis presento una formulación de integrales de camino del esquema de medición Margenau-Hill, el cual permite definir un funcional de trabajo más allá del esquema de dos medidas (TPM), sirviendo como un punto de partida para el estudio del rol de las coherencias en la termodinámica cuántica lo cual ha demostrado ser un asunto apremiante en este campo. El camino hacia este resultado está enmarcado por recientes desarrollos de la física estadística fuera del equilibrio fundamentados en la conexión entre la dinámica estocástica y la termodinámica clásica por medio de la formulación de la estocástica energética y su contraparte cuántica. Resultados claves de esta área suelen expresarse como teoremas de fluctuación, versiones refinadas de la segunda ley de la termodinámica que a su vez permiten realizar predicciones experimentales. Como una contribución original en esta dirección, presento un teorema de fluctuación para el calor que en la transición entre dos estados de equilibrio, a saber, un estado microcanónico inicial que se termaliza tras entrar en contacto con un baño térmico canónico. Volviendo al ámbito cuántico, esta tesis proporciona una descripción detallada del esquema TPM, resaltando sus virtudes y limitaciones, y aclara posibles rutas para superarlas. (Texto tomado de la fuente)

In this Thesis I present a path integral formulation of the Margenau-Hill scheme that allows for a definition of a work functional beyond the two point measurement (TPM) scheme, serving as a starting point to assess the role coherences play in quantum thermodynamics, which has proven to be a pressing matter in in this field. The road toward this result is framed by recent developments in statistical physics out of equilibrium, that have been fuelled by the connection achieved between stochastic dynamics and classical thermodynamics under the formulation of stochastic energetics and its quantum counterpart. Key results in this area usually come in the form of fluctuation theorems, i.e. refined versions of the Second Law of Thermodynamics allowing experimental predictions to be made. As a contribution in this direction I present the derivation a novel heat fluctuation theorem describing the transition between two equilibrium states, namely an initial microcanonical state that thermalizes after entering in contact with a canonical thermal bath. Turning to the quantum realm, the Thesis provides a detailed description and analysis of the TPM scheme with its virtues and limitations, and clearly elucidates routes to overcome them.