260093 VU Resource theories and thermodynamics (2020S)

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In der Physik gibt es oft Einschränkungen an die Arten von Operationen, die man an einem physikalischen System ausführen kann, entweder aus praktischen oder fundamentalen Gründen. Zum Beispiel können lokale Operationen in zwei getrennten Laboratorien keine Verschränkung erzeugen. Daher ist Verschränkung eine Ressource unter dieser Lokalitätseinschränkung, und sie kann eingesetzt werden, um Prozesse wie z.B. Teleportation zu ermöglichen, die ohne sie nicht möglich wären.
In den vergangenen Jahren hat man ähnliche operationelle Betrachtungen auf andere Systeme, Prozesse und Ressourcen angewendet. Ressourcentheorien haben sich zu einem modernen Werkzeug entwickelt, um so unterschiedliche Phänomene zu beschreiben wie etwa Verschränkung, Zustandsreinheit, Kohärenz oder Nichtklassikalität in der Quantenoptik.
Diese Vorlesung gibt eine Einführung in das Werkzeug der (Quanten-)Ressourcentheorien, mit besonderem Fokus auf der Ressourcentheorie der Thermodynamik (“Athermalität”). Wir werden den grundlegenden Zusammenhang von Informationstheorie und Physik untersuchen im Kontext von Landauer’s Prinzip, dem Maxwell’schen Dämon, und der “Szilard Engine”. Die Vorlesung behandelt die genaue Beschreibung von Ressourcentheorien, beginnend mit grundlegenden Konzepten der Quanteninformationstheorie (wie etwa der von-Neumann-Entropie) bis hin zu fortgeschrittenen Konzepten (wie etwa Katalyse, Thermomajorisierung und verallgemeinerte freie Energien). Ein spezieller Fokus liegt auf der ressourcentheoretischen Beschreibung der Thermodynamik.
Studierende werden ein aktuelles Verständnis dieses gedeihenden Forschungsfeldes gewinnen und sich die Voraussetzungen aneignen, aktuelle Forschungsarbeiten zu diesem Thema verstehen zu können.