热力学资源理论对光异构化的根本限制

小型、非平衡及量子系统违背简单的热力学表达。此类系统的范例是分子开关，其与热浴交换热量。这些分子可在吸收光后发生光异构化，或改变构象，或切换。光异构化概率依赖于将分子能量学与耗散耦合的动力学细节。因此，关于光异构化概率的一个简单、通用的热力学式界限似乎难以达成。我们利用资源理论推导了这样一个界限。资源理论框架是一组数学工具，发展于量子信息论中，用于将热力学推广至小型与量子情形。由该工具包已推导出第二定律的推广，即热优超预序。我们利用热优超来上界光异构化概率。然后，我们将该界限与平衡预测及 Lindblad 模型进行比较。我们识别出 Lindblad 演化饱和热优超界限的现实参数区间。我们还量化了电子自由度中的能量相干，并论证此相干不能促进光异构化。本工作阐明了量子信息论热力学如何阐明自然、实验与合成中的复杂量子过程。