Extracting Work Optimally with Imprecise Measurements

Measurement and feedback allows for an external agent to extract work from a system in contact with a single thermal bath. The maximum amount of work that can be extracted in a single measurement and the corresponding feedback loop is given by the information that is acquired via the measurement, a result that manifests the close relation between information theory and stochastic thermodynamics. In this paper, we show how to reversibly confine a Brownian particle in an optical tweezer potential and then extract the corresponding increase of the free energy as work. By repeatedly tracking the position of the particle and modifying the potential accordingly, we can extract work optimally, even with a high degree of inaccuracy in the measurements

Reversible feedback confinement

We present a feedback protocol that is able to confine a system to a single microstate without heat dissipation. The protocol adjusts the Hamiltonian of the system in such a way that the Bayesian posterior distribution after measurement is in equilibrium. As a result, the whole process satisfies feedback reversibility - the process is indistinguishable from its time reversal- and assures the lowest possible dissipation for confinement. In spite of the whole process being reversible it can surprisingly be implemented in finite time. We illustrate the idea with a Brownian particle in a harmonic trap with increasing stiffness and present a general theory of reversible feedback confinement for systems with discrete states. editor's choice Copyright (C) EPLA, 2016

Optimización y control de juegos de azar y motores brownianos colectivos

En esta tesis se han estudiado aspectos fundamentales relacionados con la rectificación de fluctuaciones térmicas: el control y optimización de motores colectivos, formados por un gran número de partículas brownianas. Hemos analizado diversos protocolos de control que se basan en la información sobre la posición de las partículas para mejorar el transporte. Al menos uno de estos protocolos podría utilizarse en una realización experimental de un motor browniano en el que las partículas son monitorizadas. Por otra parte, también hemos estudiado estrategias de optimización en juegos de azar colectivos estrechamente relacionados con los motores brownianos estudiados en la tesis. En una primera parte se analizan algunas estrategias de optimización a corto plazo cuyos resultados resultan inesperados. Por ejemplo, la elección en cada turno del juego más conveniente para la mayoría produce pérdidas para todo el conjunto de jugadores. Tras constatar que esta y otras estrategias simples de optimización no proporcionan la ganacia máxima, se ha abordado el problema de encontrar la estrategia óptima a largo plazo en los juegos colectivos. Entre los resultados que se han obtenido destaca la solución al problema abierto de la determinación de la secuencia óptima para los juegos de Parrondo. También hemos obtenido la estrategia óptima para los juegos colectivos tanto para un número infinito de jugadores como para un número finito de jugadores entre 1 y 100

Feedback Control in a Collective Flashing Ratchet

An ensemble of Brownian particles in a feedback controlled flashing ratchet is studied. The ratchet potential is switched on and off depending on the position of the particles, with the aim of maximizing the current. We study in detail a protocol which maximizes the instant velocity of the center of mass of the ensemble at any time. This protocol is optimal for one particle and performs better than any periodic flashing for ensembles of moderate size, but is defeated by a random or periodic switching for large ensembles.Ministerio de Ciencia y Tecnología (España)Universidad Complutense de MadridEuropean Science FoundationDepto. de Estructura de la Materia, Física Térmica y ElectrónicaFac. de Ciencias FísicasTRUEpu

De la física a la biología. Un viaje de ida y vuelta

Depto. de Estructura de la Materia, Física Térmica y ElectrónicaFac. de Ciencias FísicasFALSEsubmitte

Desarrollo del catálogo OSCAR y su difusión en diferentes ámbitos docentes

En convocatorias anteriores de los PIMCD se ha desarrollado un Catálogo de experiencias de cátedra para la docencia de Física General que cuenta actualmente con más de 40 experiencias en funcionamiento disponibles en el Laboratorio de Física General de la Facultad de Ciencias Físicas. Muchas de las experiencias son trasladables para su utilización en el aula. Cada una de las experiencias se acompaña de una ficha explicativa (con una foto, descripción,fundamento teórico, materiales y montaje…). Además, prácticamente todas (34) las experiencias disponen de material audiovisual (uno o dos vídeos que muestran la experiencia en funcionamiento y una explicación) en su mayor parte subtitulado en inglés. También muchas de ellas están acompañadas de un cuestionario destinado a los alumnos para el mejor aprovechamiento de la explicación de la experiencia o el vídeo en el aula o en procesos de autoaprendizaje online. El catálogo se completa con una página web institucional (http://www.ucm.es/theoscarlab) y un canal de YouTube (https://www.youtube.com/user/TheOscarlab) donde se muestran los vídeos y en la que se interactúa con los usuarios a través de comentarios y correos electrónicos. Las visitas al canal superan ya el número de 200.000 desde su creación en abril de 2012. Además, tradicionalmente las experiencias del catálogo se han utilizado en numerosas ediciones de la Semana de la Ciencia en la actividad “Jugando con la Física” y en visitas guiadas de alumnos de colegios, institutos y otros centros educativos a la Facultad de Ciencias Físicas. El catálogo resultante de este proyecto constituye la v versión más amplia y actualizada y refleja más fielmente las experiencias disponibles en el Laboratorio de Física General