关于时变开放量子系统中的热力学第一定律

如何严格定义远离平衡驱动的开放量子系统中的热、功和内能等热力学量,仍然是量子热力学中的一个重大开放问题。热这一量的基本定义仅适用于从平衡态无穷小扰动的系统过程,因此必须在强驱动系统中谨慎对待。介观物理的一个关键见解是,在开放量子系统的局域驱动和耦合无限远处,库确实仅被无穷小扰动,从而允许定义耗散的热。由此产生的熵划分需要对能量学进行希尔伯特空间划分,从而得出相互作用的时变开放量子系统的内能的明确算符。利用非平衡格林函数形式,推导了各种作用者传递给系统的热流和功率的完全通用表达式,建立了对所考虑系统能量实验有意义且量子力学一致的划分为流出系统的热和作用于系统的功。还分析了强驱动开放量子系统中内能的时空分布。该形式被应用于分析一个模型量子机器的热力学性能:一个与两个金属库强耦合的受驱二能级量子系统,它可以在几种配置下运行——作为化学泵/引擎或热泵/引擎。