具有复杂工质、完整Otto循环与启发式的量子热机

量子热机利用非经典热力学资源，其中之一是量子工质各组分之间的相互作用。本文中，我们研究了一台基于两个任意大小自旋的准静态量子Otto热机，该自旋处于外磁场中并通过各向同性海森堡交换相互作用耦合。已有研究表明，上述相互作用可提升两个自旋-1/2粒子的循环效率，其效率上界比卡诺效率更紧。然而，对于任意大小自旋的一般情形，支配热机性能的必要条件及相应的效率上界尚属未知。通过分析极端情形，我们提出启发式方法以推断无耦合及耦合自旋模型下热机的必要条件。这些条件使我们建立起量子热机性能与majorization（优超）概念之间的联系。此外，对平均循环中固有完整Otto循环的研究也为平均性能提供了有趣的见解。