自主量子系统的热力学分析

传统的量子热力学框架将功归因于外部控制产生的幺正变换所诱导的能量交换,而将热归因于与环境相互作用导致的能量交换。近期,一项新框架被提出,旨在将热力学形式体系拓展至真正的量子场景(即自主量子系统)——这类系统不受外部控制,仅由相互作用的量子系统构成。本工作将该热力学框架应用于量子系统相互作用的常见实验场景。在传统框架仅能检测到热交换的情况下,这一自主热力学框架基于两种机制识别出了功交换:粒子数反转与相干性的生成/消耗。这些机制在学界已被广泛认知与功的支出和提取相关,特别是与遍历功(ergotropy)的联系,从而凸显了自主框架的适用性及传统框架的局限性。此外,该自主框架还揭示了一种与非热态(athermality)相关的真正非幺正功交换机制。在半经典极限下,该框架将所有能量交换识别为纯功,但区分了局域功与相互作用能。研究结果表明,自主框架为量子领域的功交换机制提供了精细化分析,并为现实量子器件中的热力学过程研究提供了一致性方法。
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作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-01-03 20:07

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