Published November 27, 2023
| Version v1
Publication
Open
A chemical reaction network implementation of a Maxwell demon
- 1. University of Luxembourg
- 2. Fundación Ciencias Exactas y Naturales
- 3. University of Buenos Aires
Description
We study an autonomous model of a Maxwell demon that works by rectifying thermal fluctuations of chemical reactions. It constitutes the chemical analog of a recently studied electronic demon. We characterize its scaling behavior in the macroscopic limit, its performances, and the impact of potential internal delays. We obtain analytical expressions for all quantities of interest: the generated reverse chemical current, the output power, the transduction efficiency, and correlation between the number of molecules. Due to a bound on the nonequilibrium response of its chemical reaction network, we find that, contrary to the electronic case, there is no way for the Maxwell demon to generate a finite output in the macroscopic limit. Finally, we analyze the information thermodynamics of the Maxwell demon from a bipartite perspective. In the limit of a fast demon, the information flow is obtained, its pattern in the state space is discussed, and the behavior of partial efficiencies related to the measurement and feedback processes is examined.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
ندرس نموذجًا مستقلًا لشيطان ماكسويل يعمل عن طريق تصحيح التقلبات الحرارية للتفاعلات الكيميائية. إنه يشكل التناظر الكيميائي لشيطان إلكتروني تمت دراسته مؤخرًا. نحن نميز سلوكها التحجيم في الحد العياني، وأدائها، وتأثير التأخيرات الداخلية المحتملة. نحصل على تعبيرات تحليلية لجميع الكميات ذات الأهمية: التيار الكيميائي العكسي المتولد، وطاقة الخرج، وكفاءة النقل، والارتباط بين عدد الجزيئات. نظرًا لحدود الاستجابة غير المتوازنة لشبكة التفاعل الكيميائي الخاصة بها، نجد أنه، على عكس الحالة الإلكترونية، لا توجد طريقة لشيطان ماكسويل لتوليد خرج محدود في الحد العياني. أخيرًا، نقوم بتحليل الديناميكا الحرارية للمعلومات لشيطان ماكسويل من منظور ثنائي. في حدود الشيطان السريع، يتم الحصول على تدفق المعلومات، ويتم مناقشة نمطه في مساحة الحالة، ويتم فحص سلوك الكفاءات الجزئية المتعلقة بعمليات القياس والتغذية الراجعة.Translated Description (French)
Nous étudions un modèle autonome d'un démon de Maxwell qui fonctionne en rectifiant les fluctuations thermiques des réactions chimiques. Il constitue l'analogue chimique d'un démon électronique récemment étudié. Nous caractérisons son comportement de mise à l'échelle dans la limite macroscopique, ses performances et l'impact des retards internes potentiels. Nous obtenons des expressions analytiques pour toutes les quantités d'intérêt : le courant chimique inverse généré, la puissance de sortie, l'efficacité de transduction et la corrélation entre le nombre de molécules. En raison d'une liaison sur la réponse de non-équilibre de son réseau de réaction chimique, nous constatons que, contrairement au cas électronique, il n'y a aucun moyen pour le démon de Maxwell de générer une sortie finie dans la limite macroscopique. Enfin, nous analysons la thermodynamique de l'information du démon de Maxwell d'un point de vue bipartite. Dans la limite d'un démon rapide, le flux d'informations est obtenu, son modèle dans l'espace d'état est discuté et le comportement des efficacités partielles liées aux processus de mesure et de rétroaction est examiné.Translated Description (Spanish)
Estudiamos un modelo autónomo de un demonio de Maxwell que funciona rectificando las fluctuaciones térmicas de las reacciones químicas. Constituye el análogo químico de un demonio electrónico recientemente estudiado. Caracterizamos su comportamiento de escalado en el límite macroscópico, sus rendimientos y el impacto de posibles retrasos internos. Obtenemos expresiones analíticas para todas las cantidades de interés: la corriente química inversa generada, la potencia de salida, la eficiencia de transducción y la correlación entre el número de moléculas. Debido a un límite en la respuesta de no equilibrio de su red de reacciones químicas, encontramos que, contrariamente al caso electrónico, no hay forma de que el demonio de Maxwell genere una salida finita en el límite macroscópico. Finalmente, analizamos la termodinámica de la información del demonio de Maxwell desde una perspectiva bipartita. En el límite de un demonio rápido, se obtiene el flujo de información, se discute su patrón en el espacio de estado y se examina el comportamiento de las eficiencias parciales relacionadas con los procesos de medición y retroalimentación.Files
204103_1_5.0173889.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تنفيذ شبكة تفاعل كيميائي لشيطان ماكسويل
- Translated title (French)
- Une mise en œuvre de réseau de réaction chimique d'un démon de Maxwell
- Translated title (Spanish)
- Una implementación de red de reacción química de un demonio de Maxwell
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4389057561
- DOI
- 10.1063/5.0173889
References
- https://openalex.org/W1492912431
- https://openalex.org/W183072596
- https://openalex.org/W1964777250
- https://openalex.org/W1975892318
- https://openalex.org/W1983282154
- https://openalex.org/W1995035373
- https://openalex.org/W2001965680
- https://openalex.org/W2004873592
- https://openalex.org/W2024794609
- https://openalex.org/W2031336660
- https://openalex.org/W2034097175
- https://openalex.org/W2039225036
- https://openalex.org/W2054071693
- https://openalex.org/W2055198430
- https://openalex.org/W2064350991
- https://openalex.org/W2094686104
- https://openalex.org/W2102277728
- https://openalex.org/W2107211206
- https://openalex.org/W2107626567
- https://openalex.org/W2149158279
- https://openalex.org/W2206699244
- https://openalex.org/W2275389232
- https://openalex.org/W2410075198
- https://openalex.org/W2593153425
- https://openalex.org/W2788113938
- https://openalex.org/W2806627097
- https://openalex.org/W2933332919
- https://openalex.org/W3098430537
- https://openalex.org/W3103529185
- https://openalex.org/W3104348725
- https://openalex.org/W3104600389
- https://openalex.org/W3106403730
- https://openalex.org/W4221044438
- https://openalex.org/W4233798822
- https://openalex.org/W4286007633
- https://openalex.org/W4296591989
- https://openalex.org/W4318195440
- https://openalex.org/W4382240783
- https://openalex.org/W4385664549