Geri Dön

Thermal management of atomic and photonic systems

Atomik ve fotonik sistemlerde ısı yönetimi

PDF İndir

  1. Tez No: 761949
  2. Yazar: MUHAMMAD TAHIR NASEEM
  3. Danışmanlar: Prof. Dr. ÖZGÜR ESAT MÜSTECAPLIOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 173

Özet

Son yıllarda kuantum eş-uyumluluk ve kuantum dolaşıklık gibi özellikleri barındıran fiziksel sistemlere dayanan çalışmalarda kuantum teknolojilerinde önemli gelişmeler olduğu görülmektedir. Prensip olarak bu sistemler izole olmayan ve çevresiyle etkileşen sistemlerdir. Çevreyle etkileşim, sistemin kuantum korelasyonlarının zayıflamasına veya tamamen yok olmasına karşılık gelen eş-uyumluluk kaybına (decoherence) sebep olmaktadır. Sistemin çevresiyle etkileşiminin dinamiğini tanımlayan matematiksel formülasyon, beraberinde genel olarak pek çok matematiksel yaklaşım gerektirmektedir. Örneğin, bir ısı banyosuyla zayıf etkileşim gösteren sistemin kuantum Markovian master denklemi pertürbasyon yaklaşıma dayanır. Sistemlerin birbiriyle etkileşiminin ihmal edildiği durumda, fenomenolojik bir yaklaşım ile türetilen Master denkleminde,“lokal”dağılım (dissipation) terimlerinin ortaya çıktığı görülür. Biz böyle bir yaklaşımın, aralarında doğrusal olmayan etkileşimler içeren rezonatörler söz konusu olduğunda, termodinamik yasalarıyla tutarsız olduğunu gösteriyoruz. Buna karşılık birinci yasadan türetilen Master denklemi tutarlıdır ve genellikle“global”Master denklemi adını alır. Kuantum-temelli teknolojilerin minyatürleştirilmesinde, ısı akışının ciddi kısıtlar getirdiğini biliyoruz. Ancak ısı akışını bir gürültü yapısı olarak düşünmek yerine, bu cihazlara ısı ile güç sağlamak umut verici olabilir. Buna göre, ısı akışını kontrol etmede yardımcı olabilecek kuantum termal ısı yöneticilerinin verimli modellerine sahip olmak gerekir. Bu bağlamda, biz, sırasıyla mükemmel düzeltme ve çok büyük ayarlanabilir ısı amplifikasyonu sağlayabilen verimli bir kuantum termal diyot ve kuantum transistör modeli öneriyoruz. Bunlara ek olarak, kuple olmuş iki kübit sisteminden oluşan kuantum termal transistör modelimizin, literatürde daha çok en az üç-kübitlik sistemlerle tasarlanan kuantum soğutucu modellerinin yanında, kuantum absorbsiyon soğutucusu olarak da kullanılabileceğini gösterdik. Bu soğutucular, genellikle klasik rezervuarlar yerine, sonlu kuantum sistemlerini soğutmak için gereklidir. Örneğin, kuantum bilgi ve kuantum iletişim alanında tasarlanan mekanik sistemlere dayanan pek çok uygulama için, mekanik rezonatörlerin temel enerji durumuna soğutulması ön koşuldur. Ancak, birden çok rezonatörün temel enerji durumuna soğutulması, tipik lazer ve geri beslemeli soğutma şemalarını kullanarak zordur. Biz de bu zorluğun üstesinden gelmek için, birden çok rezonatörü eş zamanlı olarak soğutmanın mümkün olduğu bir şema öneriyoruz. Daha önce yapılmış çalışmalardan farklı olarak, bir dış kontrol veya iş girdisi gerekmeden, eş-uyumluluk içermeyen termal sürücüler (incoherent thermal drives) yoluyla birden çok rezonatörü eş zamanlı soğutmayı yapabiliyoruz. Son olarak, yalnızca eş-uyumluluk içermeyen ısı banyosu yoluyla sürülen ve birbiriyle kuple olmayan (direk etkileşmeyen) mekanik resonatörler arasında dolaşıklık oluşmasının mümkün olabileceğini keşfettik. Isı banyosunun uygun bir spektrumda seçilmesiyle, resonatörlerin arasında kayda değer bir dolaşıklık oluşumu olabileceğini gösterdik. Eş-uyumluluk içermeyen ısı banyosu, istenmeyen dağılımın (dissipation) bastırılmasını ve gerekli olan iki-mod sıkma-tipi etkileşimlerin üretilmesini sağlayarak, rezonatörler arasında dolaşıklık oluşmasını tetikler.

Özet (Çeviri)

Recent years have seen tremendous progress in developing quantum technologies that rely on the physical systems' quantum features, such as quantum coherence and entanglement. In principle, these quantum systems are not isolated and interact with the environment, which leads to decoherence in which quantum correlations weaken or vanish entirely. The mathematical formulation which describes the system's dynamics in the environment's presence generally requires several approximations. One example is the quantum Markovian master equation based on the perturbative approach in weak system-bath interaction. Typically, a phenomenological approach is adopted in deriving the master equation in which inter-system interactions are ignored, which results in the ``local“ dissipation terms in the master equation. We show that such an approach is inconsistent with the laws of thermodynamics in the case of nonlinearly coupled resonators. Instead, the master equation derived from the first principles is consistent, usually termed the ``global”master equation. The heat flow put serious restrictions on the miniaturization of quantum-based technologies. One promising direction can be to power these devices with heat rather than considering the heat flow as a noise source. Accordingly, it is desirable to have efficient models of quantum thermal heat managers which can assist in controlling the heat flow. Following this direction, here, we propose an efficient quantum thermal diode and transistor model that can provide perfect rectification and very large tunable heat amplification, respectively. The dynamics of the system are described by the global master equation, which assists in uncovering the underlying mechanism in these thermal devices. In addition, we show that our model of the quantum thermal transistor, based on two coupled qubits, can also be used as a quantum absorption refrigerator, which is in variance with previous proposals of refrigerators that generally require three-body interaction. It is often required to cool finite quantum systems rather than classical reservoirs. For instance, cooling mechanical resonators to the ground state is a prerequisite for most applications based on mechanical systems in quantum information and quantum communication. However, cooling multiple resonators to the ground state is challenging using typical laser and feedback cooling schemes. To overcome this challenge, we propose a scheme by which simultaneous cooling of multiple resonators is possible. Unlike previous proposals, external control or work input is not required; instead, incoherent thermal drives can cool the resonators. Finally, we investigate the possibility of generating entanglement between uncoupled mechanical resonators, which are only driven by incoherent thermal baths. We show that it is possible to generate significant entanglement between the resonators by judicious choice of thermal baths spectra. The suppression of undesired dissipation and favoring the desired effective two-mode squeezing-like interactions generated by the incoherent interaction with the baths leads to entanglement between the resonators.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    374348

    Growth and characterization of boron nitride thin films and nanostructures using atomic layer deposition

    Bor nitrür ince filmlerin ve nanoyapıların atomik katman biriktirme yöntemi ile büyütülmesi ve karakterizasyonu

    ALİ HAİDER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Seramik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    Assist. Prof. Dr. NECMİ BIYIKLI

  2. Tez No

    463622

    Degradation of polycarbonate, bentonite, barite, carbon fiber and glass fiber filled polycarbonate via gamma irradiation and possible use of polycarbonate in radioactive waste management

    Bentonit, barit, karbon fiber ve cam elyaf takviyeli ve takviyesiz polikarbonat polimerlerinin gama radyasyonu ile bozunması ve polikarbonat polimerinin radyoaktif atık yönetiminde olası kullanımı

    FIRAT HACIOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL TEOMAN TİNCER

    PROF. DR. TONGUÇ ÖZDEMİR

  3. Tez No

    539901

    Production of high temperature core-sheath nanofiber proton exchange membranes via electrospinning method

    Elektrodokuma yöntemi ile yüksek sıcaklık çekirdek-kılıf nanolif proton değişim membranlarının üretilmesi

    SASSAN JAHANGIRI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ELİF ÖZDEN YENİGÜN

  4. Tez No

    66749

    İstanbul Teknik Üniversitesi Nükleer Enerji Enstitüsü Triga Mark-II Eğitim ve Araştırma Reaktörü'nün kalite güvence programı

    Ouality assurance program of İstanbul Technical University Nuclear Energy Institute Triga Mark-II training and research reactor

    SEDEF YALÇINER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASBİ YAVUZ

  5. Tez No

    776682

    Computation of thermal conductivity in nanofluids

    Nanoakışkanlarda ısı iletkenliği hesaplamaları

    CEREN ECE YÜCE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CEM ÖZGÜR SERVANTİE

Geri Dön