最小耦合量子热机的热力学
量子物理
2021-01-01 v5
摘要
最小耦合量子热机是一种热机，由显式能量存储系统、热浴和工作物质组成，其通过离散冲程——守恒能量的二体量子操作——交替耦合到各子系统。在此范式内，我们提出量子热力学的一般框架，其中功提取过程从根本上受非被动能量（ergotropy，可提取功）流的限制，而能量耗散通过被动能量流表达。结果表明，工作物质的低维性以及仅限二体操作使得该热机从根本上不可逆。我们的主要结果是，在由三冲程组成且以二能级工作物质构成的整类不可逆最小耦合热机中，考虑到工作物质与电池之间所有可能的量子关联，找到了最优效率与每周期功产出。关键新工具之一是引入的“控制边缘态”——仅作用于工作物质希尔伯特空间，但封装了总工作物质-电池系统关于功提取的所有特征。此外，我们提出了多冲程热机的推广，并分析了效率与提取功的权衡，以及热机运行多个周期后的功涨落。
引用
@article{arxiv.2003.05788,
title = {Thermodynamics of Minimal Coupling Quantum Heat Engines},
author = {Marcin Łobejko and Paweł Mazurek and Michał Horodecki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.05788},
year = {2021}
}