量子非平衡稳态中精度的热力学

在纳米尺度运行的自主引擎易受热流与粒子流中有害涨落的影响，在固定功率输出下，操作 regime 越接近可逆，这种涨落越大。电流涨落与熵产生之间的这一基本权衡构成了最近提出的热力学不确定性关系（TURs）的基础。然而，这些关系迄今仅针对经典马尔可夫系统导出，并可能在量子 regime 中被违背。本文中我们表明，仅凭量子非平衡稳态的几何结构就已直接蕴含 TUR 的存在，但边界更宽松。该结果的几何本质使其极具一般性，确立了精度热力学的基本极限。我们的证明基于 McLennan-Zubarev 系综，它提供了对非平衡稳态的精确描述。我们首先证明该系综的熵产生可表示为量子相对熵。随后表明 TURs 是量子 Cramer-Rao 界（参数估计理论中的基本结果）的直接推论。通过结合多体物理与信息科学的技术，我们的方法也有助于阐明自主机器中量子效应与电流涨落之间的微妙关系。