量子布朗运动的统计热力学：永动机第二种类的诞生

量子粒子在谐波约束势中并耦合于谐波量热浴的布朗运动可被精确求解。证明在足够低的温度下，平稳态由于与浴的纠缠而非 Gibbs 形式。在物理上，这是当浴模式云围绕粒子开始发挥非平凡作用时所致。事实上，整个系统（粒子加浴）的平衡热力学并不意味着粒子本身在低温下的标准平衡热力学。第二定律的各种表述在低温下均被发现无效。首先，克劳氏不等式可能被违反，因为可以从浴模式的零点能中提取热量。其次，当约束势的宽度突然改变时，在达到平衡的过程中，熵产生部分为负。第三，对于系统参数的非绝热变化，能量耗散的速率可以为负，并且在非平衡状态下，可以实现从浴中提取能量的循环过程。提出了永动机第二种类（具有一或多个工作提取循环）进入凝聚态物理领域的条件。第四，克劳氏和汤姆森等第二定律不同表述之间的等价性在低温下可能被违反。这些效应源于量子纠缠，伴随热浴稍微偏离平衡的特性，当特征量子时间尺度 $\hbar/k_BT$ 大于或等于系统的其他时间尺度时变得尤为重要。它们表明标准热力学与量子力学之间不存在普遍的共识。