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量子物理

arXiv:2502.18812v1 (quant-ph)
[提交于 2025年2月26日 ]

标题: 通过实时有效场论的工作统计:应用于量子比特耦合的热浴中工作提取

标题: Work Statistics via Real-Time Effective Field Theory: Application to Work Extraction from Thermal Bath with Qubit Coupling

Authors:Jhh-Jing Hong, Feng-Li Lin
摘要: 量子热态已知是被动的,这是热力学第二定律的要求。 本文研究了通过将热浴耦合到自旋、费米子或拓扑类型的量子比特,从而可能提取的功,该量子比特在不同温度下充当量子热态。 提取的功量是从循环非平衡过程中的功统计中推导出来的。 尽管多体系统的功统计已知难以显式计算,但我们通过假设外部驱动源耦合到热态的特定准粒子算符,提出了一种有效的场论方法来解决这个问题。 我们表明,功统计可以用该准粒子的热谱函数简洁地表示。 我们得到了没有量子比特耦合的纯热浴的非微扰功分布函数(WDF)。 在量子比特耦合的情况下,我们得到了二阶WDF,从中可以精确确定功提取的物理区域,以帮助设计量子引擎。
摘要: Quantum thermal states are known to be passive, as required by the second law of thermodynamics. This paper studies the possible work extraction via coupling the thermal bath to a qubit of either spin, fermion, or topological types, which acts as a quantum thermal state at different temperatures. The amount of work extraction is derived from the work statistics under a cyclic nonequilibrium process. Though the work statistics of many-body systems are known to be challenging to calculate explicitly, we propose an effective field theory approach to tackle this problem by assuming the externally driven source to couple to a specific quasiparticle operator of the thermal state. We show that the work statistics can be expressed succinctly in terms of this quasiparticle's thermal spectral function. We obtain the non-perturbative work distribution function (WDF) for the pure thermal bath without the qubit coupling. With qubit coupling, we get the second-order WDF, from which the physical regime of work extraction can be pinned down precisely to help devise quantum engines.
评论: 6+21页
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 统计力学 (cond-mat.stat-mech); 广义相对论与量子宇宙学 (gr-qc); 高能物理 - 理论 (hep-th)
引用方式: arXiv:2502.18812 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2502.18812v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.18812
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Jhh-Jing Hong [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 2 月 26 日 04:41:41 UTC (1,800 KB)
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