从弱耦合到强耦合的量子热力学非微扰重整化

通过求解开放量子系统的精确主方程，我们构建了从弱耦合到强耦合的量子热力学。开放量子系统通过由广义 Fano-Anderson 哈密顿量描述的量子粒子隧穿，与其库交换物质、能量和信息。我们发现，这些系统的约化密度矩阵的精确解在稳态极限下，无论系统-库耦合强度是弱还是强，都趋近于一个吉布斯型态。当耦合变强时，系统的热力学量必须被重整化。重整化效应是通过相干态路径积分精确地追迹所有库态后非微扰地获得的。重整化的系统哈密顿量由重整化的系统能级和相互作用表征，对应于系统所做的量子功。重整化温度被引入来表征熵产生，该熵产生计量了系统与库之间的热传递。我们进一步发现，只有使用重整化的系统哈密顿量和其他重整化热力学量，系统的精确稳态才能被表达为标准吉布斯态。因此，相应的重整化系统能级上的精确稳态粒子占据分别服从玻色-爱因斯坦分布和费米-狄拉克分布，分别对应于玻色子和费米子系统。从而，传统的统计力学和热力学被严格地从量子动力学演化中推导出来。