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Fully quantum thermodynamics of finite-size systems

English title Fully quantum thermodynamics of finite-size systems
Applicant Renner Renato
Number 165843
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut für Theoretische Physik ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Theoretical Physics
Start/End 01.10.2016 - 30.09.2019
Approved amount 600'000.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Theoretical Physics
Information Technology
Other disciplines of Physics

Keywords (4)

thermodynamics; quantum information theory; statistical mechanics; entropies

Lay Summary (German)

Lead
In diesem Projekt sollen thermodynamische Konzepte wie "Wärme" und "Temperatur" auf sehr kleinen Grössenskalen, wo Quanteneffekte relevant werden, untersucht werden.
Lay summary

Die physikalische Theorie der Wärme, die Thermodynamik, wurde ursprünglich entwickelt, um Kraftmaschinen wie beispielsweise Dampfturbinen oder Motoren zu untersuchen und zu optimieren. Dies sind offensichtlich makroskopische Systeme, die bereits innerhalb der klassischen Physik, und deshalb ohne Zuhilfenahme der Quantenmechanik, sehr präzise beschrieben werden können. Mit der Entwicklung der Nanotechnologie sind wir nun jedoch in der Lage, Systeme herzustellen und zu kontrollieren, die so klein sind, dass die Berücksichtigung der Gesetze der Quantenmechanik unvermeidbar wird. Da sich letztere fundamental von den Gesetzen der klassischen Physik unterscheiden, stellen sich neue fundamentale Fragen. Zum Beispiel is unklar, inwieweit klassische thermodynamische Grössen wie Wärme und Temperatur auf sehr kleinen Grössenskalen noch definiert sind und, falls ja, welche Eigenschaften diese haben. Ziel dieses Projektes ist es, diese Fragen durch eine Weiterentwicklung der Thermodynamik zu beantworten.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 15.09.2016

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
153296 Information-theoretic approach to thermodynamics 01.04.2015 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The aim of this project is to contribute to a theory of thermodynamics that unifies two features: (i) it applies to genuine finite size systems, and (ii) it enables a fully quantum description of these systems. A particular focus is put on the development of suitable thermodynamic entropy measures. Technically, the research is based on modern methods from quantum information theory.
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