不确定平衡态的量子热力学
量子热力学的资源理论方法假设完全了解定义热力学资源时所依据的热平衡状态。然而在实际应用中,该平衡态由系统哈密顿量和环境温度共同决定,而这两者都无法被绝对精确地测定。研究团队开发了一个理论框架,其中平衡参考态由反映这种不确定性的候选态集合所确定。在一般几何条件下,研究团队证明了禁止定理严格限制了“非热性提纯”:在不确定的非热性资源转化为确定目标态的过程中,要么转化过程是平庸的,要么完全无法实现,不存在折中方案。随后研究团队引入两种互补的电池模型:具有精确已知平衡态的清洁电池与平衡态不确定的脏电池。针对这两种模型,研究团队基于标准极小与极大相对熵,以及新提出的子空间约束变体,精确推导了单次工作提取与工作形成的熵特征描述。在渐近状态下,两种模型都展现出强烈的热力学不可逆性。特别地,研究团队给出了一个简明实例:在清洁电池模型中,形成量子态需要消耗功却无法从中提取功,这与束缚纠缠态存在直接类比;而在脏电池模型中,虽可提取功但形成量子态需要无限大的功消耗。这些现象即使在任意微小不确定性条件下依然存在,表明平衡态不确定性并非标准理论的微小扰动,而是重塑热力学资源相互转化基本极限的质变新要素。

