基于精确简化密度矩阵解的强耦合量子 Brownian 运动热力学

我们从 Brownian 粒子及其储库之间的总平衡热力学状态出发，解析且精确地求解其简化密度矩阵，通过对所有储库状态进行部分迹来获得。我们发现，Brownian 运动的简化哈密顿量和简化配分函数必须显著进行再标定，这如同我们最近开发的开放量子系统强耦合量子热力学非微扰再标定理论所示（见 Phys. Rev. Res. 4, 023141 (2022)）。简化哈密顿量不仅包含频率位移，还包含 squeeze 配对相互作用，其中从 Brownian 粒子与储库之间的强耦合，在对所有储库状态进行部分迹后，自然产生动量依赖的势。结果得到的 Brownian 运动的精确简化密度矩阵由一个 squeeze 热态给出。此外，超出弱耦合极限，要正确获得 Brownian 运动的简化配分函数，必须考虑系统-储库耦合引起的储库状态不可忽略的变化。使用精确的简化密度矩阵解，以及简化哈密顿量和简化配分函数，我们表明，此前不同内部能定义所得的争议结果以及强耦合量子热力学中负热容的问题，都得到了解决。