有限时间量子奥托发动机的规范不变热力学

我们在规范不变的量子热力学框架内研究有限时间量子奥托发动机，使用Lipkin-Meshkov-Glick模型作为工作介质。在该表述中，热力学量定义在热力学不可区分状态的等价类上，自然引出功、热、熵和效率的规范不变概念。我们推导了这些量的显式表达式，并表明在幺正冲程期间执行的通常功分解为不变贡献（与瞬时能谱和布居数的变化相关）和由有限时间量子相干性产生的相干贡献。这种分解引出了发动机效率和熵产生的相应分裂，为有限时间不可逆性提供了几何解释，并阐明了相干性在功提取中的作用。通过分析循环对驱动速度和系统尺寸的依赖性，我们确定了发动机的工作区域并研究了临界性的影响。我们表明，穿越临界区域显著减小了循环作为热机运行的参数空间。同时，只要发动机条件仍然满足，传统描述与规范不变描述之间的差异就会被强烈抑制，表明规范不变部分主要承载提取的功。这些结果在规范不变热力学、有限时间不可逆性和多体量子热机中的功提取之间建立了直接联系。