自治光学 Bloch 方程的热力学

光学 Bloch 方程（OBEs）是描述与热浴耦合的经典驱动原子动力学的典范方程。其热力学对于确立关键量子过程的基础能量界限高度相关。在驱动和热浴可被经典处理的机制下（即对与原子的耦合保持不敏感），存在一个一致的框架。然而，该机制既不适用于探索最小能量成本，也不适用于测量驱动和热浴内部由原子引起的能量变化——这是一种直接测量和优化功与热交换的关键能力。这呼唤一种新的框架，以考虑原子对驱动和热浴的反作用。在此，我们通过将原子、驱动和热浴描述为一个联合自治系统（其中驱动和热浴是同一电磁场的一部分）来构建这样一个框架。我们的方法捕捉了基本时间尺度上的原子-场关联，以及原子对场的反作用，使我们能够将类功（类热）流定义为由一个系统对另一个系统诱导的有效幺正动力学（非幺正关联动力学）产生的能量流。时间积分的类功流和类热流可在场中直接测量，分别表现为平均场和涨落的变化。我们的方法不同于标准分析之处在于，在原子动力学中识别出了额外的幺正贡献——自驱动，及其能量对应物——自功，从而给出了热力学第二定律更严格的表达式。我们将这种严格化与关于场状态的额外知识，以及相互作用驱动场被回收利用的潜力联系起来。我们的自治框架加深了当前对量子机制下热力学的理解，及其在量子尺度上进行能量管理的潜力。