重复充电过程中第二定律的渐近涌现

第二定律的一个表述为：“不可能构造一台在工作循环中仅举起重物并冷却热库而不产生其他影响的机器。”尽管第二定律被视为自然界最稳健的定律之一，如何在完全量子领域解释它仍具挑战。本文阐明了“循环性”的真正含义，并通过量子电池充电过程的渐近性质而非单个循环来表述通用量子电池的第二定律。作为一个范式，我们提出一种由电池与 identically prepared（相同制备）系统重复相互作用构成的机器。随后我们以如下形式提出第二定律：电池的功效（ergotropy）可无限增加，当且仅当系统处于非被动态。这一新表述最有趣的特征之一是被动态的出现，它自然推广了热浴的概念。本文给出一系列支持该对角系统表述的结果。有趣的是，我们的方法与著名的马尔可夫链理论相契合，据此我们基于充电系统的被动/非被动性对一般充电过程进行分类。特别地，所采用的数学使我们能够区分电池能量（由最大混合态诱导）的无限增加与功效（由非被动态诱导）的无限增加之间在渐近意义上的细微差别，即所谓的零常返与暂态马尔可夫链。