相互作用量子系统中精度的信息热力学界限
热力学不确定性关系量化了轨迹电流的相对涨落与热力学代价之间的权衡,表明电流精度从根本上受到熵产生的限制。在经典双组分系统中,已有研究表明子系统间的信息流可以伴随热力学耗散增强电流精度。本研究探讨了在相互作用的量子系统子系统中,信息流、局部耗散和量子效应如何共同约束电流涨落。与经典双组分系统不同,量子子系统可以同时发生状态变化并保持量子相干性,这从根本上改变了精度-耗散权衡关系。针对这一普遍情况,我们推导出了相互作用多组分系统的量子热动力学不确定性关系,建立了电流涨落、信息流、局部耗散和量子效应之间的热力学权衡关系。分析表明,除了局部耗散外,信息交换和量子相干性在抑制电流涨落中都发挥着关键作用。这些结果对量子热机的性能具有重要意义,如信息-热力学引擎和量子时钟。该团队通过在两个代表性模型(自主量子麦克斯韦妖和量子时钟)上进行数值模拟,验证了理论发现。这些结果将不确定性关系扩展到多组分开放量子系统,并阐明了信息流在涨落抑制中的功能作用。



