Correlations and thermodynamic description of strongly coupled quantum systems (Englisch)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Beschreibung stark gekoppelter quantenmechanischer Systeme. Im Zuge der Untersuchung solcher Systeme wurde die Gültigkeit des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik verschiedentlich in Frage gestellt. Durch die endliche Kopplungsenergie zwischen System und Bad relaxiert ein solches System nicht in einen durch eine Gibbs Verteilung beschriebenen Zustand. Es wird veranschaulicht, wie die Berücksichtigung dieser Energie zu einer konsistenten thermodynamischen Beschreibung stark gekoppelter quantenmechanischer Systeme führt. Damit kann die Gültigkeit des Zweiten Hauptsatzes am Beispiel des gedämpften harmonischen Oszillators bestätigt werden. Des Weiteren wird darauf eingegangen wie die durch die Kopplung verursachten Korrelationen zwischen System und Bad im Rahmen der Quanteninformationstheorie beschrieben werden können. Es werden dabei sowohl die Verschränkung zwischen System und Bad durch die sogenannte Negativity als auch der Quantendiscord für den gedämpften harmonischen Oszillator berechnet. Zudem wird auf die Möglichkeit die Korrelationen durch operative Maße zu beschreiben eingegangen. ; This thesis is concerned with the description of strongly coupled quantum systems. In the investigation of such systems the validity of the second law of thermodynamics has been challenged repeatedly. Due to the finite coupling energy between system and bath such systems do not relax to a Gibbsian ground state. It is shown how this energy has to be taken into account in a consistent thermodynamic description of strongly coupled quantum systems. Therefore, the validity of the second law can be shown using the example of the damped harmonic oscillator. Furthermore, the correlations that arise between system and bath due to the finite coupling are examined from an information theoretic angle. The entanglement between system and bath - quantified by the negativity - as well as the quantum discord are evaluated. Moreover, the possibility to quantify correlations in an operational way are ...