Stochastic thermodynamics for open quantum systems in the reapeated interaction scheme

Abstract

Usamos la teoría de termodinámica estocástica para estudiar sistemas cuánticos cuya dinámica es descrita por mapas completamente positivos que preservan la traza (CPTP en inglés) debido a su interacción con un baño térmico. Estudiamos una clase más amplia de mapas con equilibrio, entre los cuales los mapas termales son solo un caso especial. En general, para mapas CPTP las cantidades termodinámicas tales como la producción de entropía y el trabajo realizado sobre el sistema dependen del estado combinado del sistema más baño. Mostramos que para mapas con equilibrio estas cantidades pueden ser escritas en términos de propiedades del sistema únicamente. Las relaciones que obtenemos son válidas para una intensidad de acoplamiento arbitraria entre el sistema y el baño termal. Estudiamos las fluctuaciones de las cantidades termodinámicas en el esquema de medición de dos puntos. Derivamos teoremas de fluctuación detallados para la producción de entropía y el trabajo y obtemos algunas simplificaciones para el caso de los mapas con equilibrio. Ilustramos nuestros resultados considerando un espín en un ciclo termodinámico y una cadena de espines 1/2 acopladas a un baño por uno de sus bordes. Conectamos además la condición de balance detallado cuántico para ecuaciones maestras de Lindblad con la propiedad de equilibrio de los mapas CPTP que, al iterarlos y en un límite particular, generan la ecuación maestra. Mostramos cómo obtener una concatenación de mapas que genera una ecuación de Lindblad forzada por los bordes dada apriori, como una forma de construir una termodinámica consistente para la dinámica de Lindblad.