混合态的量子演化与量子热机性能

我们引入了一种沿着量子力学Heisenberg绘景的思路计算密度算符时间演化的技术。利用该技术，我们求得了初始处于不同温度热态的两个和三个耦合谐振子的量子演化的精确解。我们表明，此类系统表现出有趣的量子动力学：由于能量交换过程中产生的关联，振子会交换其热态，并产生噪声诱导的相干性。由两个光学腔组成的光子量子热机（QHE）可以被建模为具有时变频率的耦合谐振子。在热机运行期间，腔内的光子变得相互关联。我们表明，如果振子在循环结束时交换了激发数（这可以在热机处于参数共振条件下运行时实现），则该热机所做的功最大。我们还表明，在一般假设下，Carnot公式给出了QHE的极限效率。此外，我们表明，通过进行正则变换，任意n模Gaussian态的密度算符可以写成描述具有不同温度的独立集体激发的n个热密度算符的乘积。因此，基于关联Gaussian态的QHE的运行等价于基于非关联热库的QHE的运行。我们的结果加深了对混合态量子演化的理解，这可能有助于设计具有更好性能的量子机器。