具有任意自旋的量子 Szilard 引擎

量子 Szilard 引擎 (QSZE) 是一个概念性的量子引擎，用于理解量子热力学和信息物理学的基本物理。我们将 QSZE 推广到任意自旋情形，即自旋 QSZE (SQSZE)，并在低温近似下系统地研究了费米子和玻色子 SQSZE 的基本物理性质。我们给出了总功的解析表达式。对于费米子 SQSZE，功可能从环境中吸收，且功随温度的变化率表现出周期性和奇偶振荡，这是无自旋 QSZE 的推广。有趣的是，在大数极限下平均吸收功呈现规则的周期性振荡，这意味着费米子 SQSZE 中的平均吸收功既不是强度量也不是广延量。费米子和玻色子 SQSZE 的相图给出了 SQSZE 在温度和系统粒子数参数空间中做正功或负功的情况，但由于费米子和玻色子的自旋自由度在其组态态和相应统计性质中扮演不同角色，它们表现出不同的行为。相变的临界温度敏感地依赖于粒子数。利用 Landauer 擦除原理，我们给出了热力学循环中的擦除功，并定义了一种效率（我们称之为信息 - 功效率）来衡量引擎利用信息提取功的能力。我们还给出了实现费米子和玻色子 SQSZE 最大提取功和最高信息 - 功效率的条件。