Quantum thermodynamics with trapped ions [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Gerhard Thomas Huber

Quantum Thermodynamicswith Trapped IonsDissertationzur Erlangung des Doktorgrades Dr. rer. nat.der Fakult at fur Naturwissenschaften der Universit at UlmVorgelegt vonGerhard Thomas Huberaus Munc hen2010Amtierender Dekan: Prof. Dr. Axel Gro Erstgutachter: Prof. Dr. Ferdinand Schmidt-KalerZweitgutachter: Prof. Dr. Tommaso CalarcoTag der mundlic hen Prufung: 10. Dezember 2010Die vorliegende Arbeit wurde angefertigt an derUniversit at UlmInstitut fur QuanteninformationsverarbeitungAlbert-Einstein-Allee 1189069 UlmZusammenfassungDie vorliegende Arbeit behandelt ein Gebiet, das experimentell bisher kaum erschlossenwerden konnte: die Thermodynamik von kleinen Systemen im Quantenregime. In kleinenSystemen, das hei t in Systemen mit wenigen Freiheitsgraden, treten Ph anomene auf,die von der makroskopischen Thermodynamik nicht bekannt oder sogar explizit verbotensind. Dazu ahlenz Nichtgleichgewichtsph anomene wie die statistische Fluktuation vonsonst wohlde nierten Systemgr o en und die Verletzung des zweiten Hauptsatzes. Wiewichtig solche Ph anomene sind, kann an biologischen Systemen gesehen werden, die sichgenau diese E ekte zunutze machen, um im menschlichen Organismus lebensnotwendigeArbeit zu verrichten, um nur ein Beispiel zu nennen. Wenn kleine Systeme hinreichendungest ort sind, treten zus atzlich Quantene ekte auf, die ihre Eigenschaften entscheidendbeein ussen, und ihrer Dynamik ein weiteres statistisches Element hinzufugen.