有限时间内封闭量子动力学中的最优功提取
从量子系统中提取有用功是量子热力学中的一个基本问题。在需要快速操作的场景中——无论是由于实际限制还是刻意设计选择——功率与效率之间的本质权衡成为核心问题。本研究探讨了在控制哈密顿量幅值约束下,从封闭量子系统中进行有限时间最优功提取的问题。首先,该团队建立了功率与功之间的普适权衡关系,证明这两个关键性能指标无法同时达到最优。接着,研究人员提出了一种李代数控制框架,该框架涵盖包括海森堡模型多体控制和SU(n)-哈伯德模型在内的广泛控制问题。在此框架下,最优功提取方案变得异常简洁:仅需采用由非线性自洽方程确定的时不变哈密顿量即可。该工作获得了su(2)控制的解析解,并运用最速下降法对su(n)等更复杂情形给出了数值解。值得注意的是,通过利用可控项的李代数结构,该方法可应用于量子多体系统,实现高效数值计算。研究结果阐明了快速操作对实现最大功率的必要性,并为实际时间约束下设计最优功提取方案建立了理论框架。
