Projekt

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Information-theoretic approach to thermodynamics

Titel Englisch Information-theoretic approach to thermodynamics
Gesuchsteller/in Renner Renato
Nummer 153296
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Institut für Theoretische Physik ETH Zürich
Hochschule ETH Zürich - ETHZ
Hauptdisziplin Theoretische Physik
Beginn/Ende 01.04.2015 - 31.03.2016
Bewilligter Betrag 162'742.00
Alle Daten anzeigen

Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Theoretische Physik
Informatik

Keywords (4)

thermodynamics; statistical mechanics; entropies; quantum information theory

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Während sich die klassische Thermodynamik zur Beschreibung makroskopischer Systeme vielfach bewährt hat, ist sie zur Untersuchung mikroskopischer Systeme nur beschränkt geeignet. Innerhalb dieses Forschungsprojekts soll mit einem informationstheoretischen Ansatz eine erweiterte Theorie entwickelt werden, welche dieser Beschränkung nicht mehr unterliegt.
Lay summary

Die Thermodynamik wurde ursprünglich dazu verwendet, Wärmekraftmaschinen, wie etwa Dampfmaschinen, zu beschreiben. Seither sind die Gesetze der Thermodynamik vielfach getestet worden, jedoch vorwiegend in einem makroskopischen Regime. Mit der sich rasch entwickelnden Nanotechnologie stellt sich nun die Frage, ob diese auch für mikroskopische Maschinen gelten. Diese Frage wird seit ein paar Jahren intensiv erforscht, sowohl in der Theorie als auch im Experiment. Dabei hat sich gezeigt, dass gewisse grundlegende Konzepte der klassischen Thermodynamik angepasst bzw. verallgemeinert werden müssen. Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist es, mit einem auf der Informationstheorie basierten Ansatz eine konsistente Theorie zu entwickeln, die es erlaubt, mikroskopische thermodynamische Systeme korrekt zu beschreiben und zu analysieren. Der Ansatz soll es auch ermöglichen, thermodynamische Prozesse, bei denen Quanteneffekte dominieren, zu untersuchen. Dazu soll insbesondere auf Erkenntnisse aus der Quanten-Informationstheorie zurückgegriffen werden.

 

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 27.02.2015

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Coherence and measurement in quantum thermodynamics
Kammerlander Philipp, Anders Janet (2016), Coherence and measurement in quantum thermodynamics, in Scientific Reports, 22174.
Relative thermalisation
del Rio Lidia, Hutter Adrian, Renner Renato, Wehner Stephanie, Relative thermalisation, in Physical Review E.

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Research group of Jonathan Home, ETH Zurich Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Technical University of Delft Niederlande (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Singapore University, Centre for Quantum Technologies Singapur (Asien)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Austausch von Mitarbeitern
University of Exeter Grossbritannien und Nordirland (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
Workshop on quantum networks Vortrag im Rahmen einer Tagung Finding non-signalling agents in a global theory 30.03.2016 Barcelona, Spanien Kraemer Lea;
Thermodynamics in the quantum regime - 6th working group meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Resource theories of knowledge 21.02.2016 Malta, Malta Kraemer Lea;
6th NCCR QSIT General Meeting Poster Carnot's theorem from operational assumptions 03.02.2016 Arosa, Schweiz Kammerlander Philipp Nino Paul;
Colloquium of the Institute of Science and Technology (IST) Einzelvortrag How much work does it cost to process information? 18.01.2016 Vienna, Österreich Renner Renato;
Quantum Information Processing Conference (QIP) Poster A mathematical framework for thermodynamics 11.01.2016 Banff, Kanada Kammerlander Philipp Nino Paul;
Quantum Information Processing Conference (QIP) Vortrag im Rahmen einer Tagung Recoverability in quantum information theory 10.01.2016 Banff, Kanada Sutter David;
Quantum Information Processing (QIP) Poster Resource theories of knowledge 09.01.2016 Banff, Kanada Kraemer Lea;
COST ESR Meeting on nanoscale Quantum Optics Vortrag im Rahmen einer Tagung The thermodynamics of quantum information processing 16.11.2015 Attard, Malta Kammerlander Philipp Nino Paul;
Colloquium of 3rd Institute of Physics, University of Stuttgart Einzelvortrag The thermodynamics of quantum information processing 27.10.2015 Stuttgart, Deutschland Kammerlander Philipp Nino Paul;
Third COST Conference on Quantum Thermodynamics Poster Towards operational phenomenological thermodynamics 12.10.2015 Porquerolles, Frankreich Kammerlander Philipp Nino Paul;
Asian Quantum Information Science Conference (AQIS 2015) Vortrag im Rahmen einer Tagung A quantum information approach to time 25.08.2015 Seoul, Korea, Republik (Südkorea) Renner Renato;
Quantum Physics & Logic Poster Resource theories of knowledge 13.07.2015 Oxford, Grossbritannien und Nordirland Kraemer Lea;
Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS) Vortrag im Rahmen einer Tagung Coherence in quantum thermodynamics and quantum measurement 06.07.2015 Prague, Tschechische Republik Kammerlander Philipp Nino Paul;


Selber organisiert

Titel Datum Ort
Workshop on time in physics 18.06.2016 Zurich, Schweiz

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
165843 Fully quantum thermodynamics of finite-size systems 01.10.2016 Projektförderung (Abt. I-III)
135048 Information-theoretic methods for physics 01.04.2011 Projektförderung (Abt. I-III)

Abstract

The aim of this project is to investigate thermodynamical systems, in particular on the nanoscale, using modern methods from information theory. While research at the interface between thermodynamics and information theory has a long tradition, existing studies have mostly been restricted to the asymptotic regime of large systems. However, recently developed information-theoretic tools, in particular "one-shot entropic quantities", now allow to extend this research into the nanoscale regime, where fluctuations as well as quantum effects cannot be neglected. This is of particular interest for experimental physics, where the control of quantum systems becomes increasingly important.
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