量子热机中的效率与速度：来自 Lieb-Robinson 界的严格约束

本文研究了一个长期悬而未决的问题：具有有限功率的热机能否达到卡诺效率。我们严格证明了量子热机循环过程的热力学效率与时间间隔之间的一般权衡不等式。第一步，利用 Lieb-Robinson 界，我们建立了一个关于局域可观测量的变化的不等式，该变化由远离该局域可观测量支撑域的操作引起。该不等式为以下直观图像提供了严格的刻画：当循环过程结束时，从热机释放到冷源的大部分能量仍停留在热机附近。基于上述描述，我们最终借助量子信息几何证明了效率的上界。此外，由于我们的不等式在马尔可夫极限下退化为传统的热力学第二定律，我们采用了一种在经典随机过程背景下发展起来的完全不同的处理方法。我们的结果普遍排除了量子热机中以有限速度达到卡诺效率的过程的可能性。特别地，所获得的约束涵盖了具有非马尔可夫动力学的热机，而此前几乎所有关于该主题的研究都未能涉及这一点。