量子力学耦合双量子比特系统的热力学不确定性关系

当远离平衡的动力学过程中存在量子性时，热力学不确定性关系（TUR）的最小界限会从经典对应值（$\mathcal{Q}_{\rm min}=2$）被调制。最近一项关于受外部场作用的耗散二能级系统（TLS）的研究表明，量子相干可以抑制不可逆电流的涨落，并将TUR界限放宽至$\mathcal{Q}_{\rm min}^{\rm TLS}\approx 1.25$。在此，我们将光子浴中受场驱动的单个TLS扩展到量子力学耦合的双量子比特系统（TQS），并探讨两个量子比特之间的量子耦合（这为TLS问题引入了一个额外的复杂性）如何影响光子电流、涨落以及TUR界限。我们发现，TQS的TUR界限取决于耦合强度：当两个量子比特在弱耦合下有效解耦时，$\mathcal{Q}_{\rm min}^{\rm TQS}=\mathcal{Q}_{\rm min}^{\rm TLS}\approx 1.25$；而对于强场下的两个强耦合量子比特，我们识别出另一个宽松界限$\mathcal{Q}_{\rm min}^{\rm TQS}\approx 1.36$。通过将TQS与两个耦合的噪声振子进行对比，我们阐明了TQS独有的量子性及其对TUR的影响。我们对TQS的研究发现构成了理解更一般的$N$-量子比特系统TUR的基础。