量子热力学的表述及其在开放系统中的应用

量子热力学已成为理解微观系统中能量转换过程的核心领域。在这些系统中，相干性、纠缠和非马尔可夫性等效应发挥关键作用。本论文探讨了描述量子热力学的不同方法，主要基于熵与ergotropy两种方法。首先，我们引入一种广义方法，用于通过热力学函数单调性破坏来量化非马尔可夫性。在此背景下，基于熵的热流是一种实用工具，用于见证和测量在不反转内部能符号的单位映射中的量子记忆。接下来，我们分析了在马尔可夫和非马尔可夫演化下的开放量子比特中的ergotropy动力学。我们识别了冻结和ergotropy突变死亡等现象，并在环境诱导功与ergotropy变化之间建立了解析关系。这为基于熵的表述中第一定律的额外项提供了清晰的物理解释。最后，我们提出一种基于ergotropy的热力学表述，其中热被重新解释为与支配密度算子所支配的被动状态变化有关。这一方法允许更普遍和准确地测量单位映射的非马尔可夫性。该优势源于热与von Neumann熵之间的直接联系，这一性质通过被动变换的不变性得以保证。此外，超热力学温度自然保持非负，类似于平衡热力学。