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{{热力学}}{{量子力学}}
'''量子热力学'''<ref>[https://iopscience.iop.org/book/978-1-64327-658-8] {{Wayback|url=https://iopscience.iop.org/book/978-1-64327-658-8 |date=20220417211027 }} Deffner, Sebastian and Campbell, Steve. "Quantum Thermodynamics: An introduction to the thermodynamics of quantum information" Morgan & Claypool Publishers (2019), [[doi:10.1088/2053-2571/ab21c6|doi.org/10.1088/2053-2571/ab21c6]]</ref> <ref>Binder, F., Correa, L.A., Gogolin, C., Anders, J. and Adesso, G., 2019. Thermodynamics in the Quantum Regime. Fundamental Theories of Physics (Springer, 2018).</ref>是指关于[[热力学]]和[[量子力学]]这两门相互独立的物理理论间的关系的研究领域。热力学和量子力学都讨论有关光和物质的物理现象。 1905 年，[[阿尔伯特·爱因斯坦]]提出，[[热力学]]和[[电磁学]]<ref>{{Cite journal|title=Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/andp.19053220607|last=Einstein|first=A.|date=1905|journal=Annalen der Physik|issue=6|doi=10.1002/andp.19053220607|volume=322|pages=132–148|language=de|access-date=2021-09-29|archive-date=2022-12-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20221212114255/https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/andp.19053220607|dead-url=no}}</ref>之间应该保持一致，由此得出了光的量子化理论，给出了<math>E= h \nu </math> 的关系；该论文是[[量子]]理论的曙光。几十年过去，[[量子]]理论已经建立在另一套独立的规则之上。 <ref>{{Cite book|chapter=Review of John von Neumann, Mathematical Foundations of Quantum Mechanics, translated from the German edition by Robert T. Beyer, Princeton: Princeton University Press, 1955 (1958)|title=Physics and Philosophy|url=http://dx.doi.org/10.1017/cbo9781139034197.018|publisher=Cambridge University Press|location=Cambridge|pages=294–298|first=Paul|last=Feyerabend}}</ref>而目前，量子热力学解决了热力学定律怎样从量子力学中导出的。相比于[[量子统计|量子统计力学]]，量子热力学强调从平衡态脱离的动态过程，并且试图建立能使量子热力学适用于单个量子系统的理论。

==动态观点==
量子热力学与{{link-en|开放量子系统|open quantum system}}密切相关。<ref name="entropy1">{{cite journal | last=Kosloff | first=Ronnie | title=Quantum Thermodynamics: A Dynamical Viewpoint | journal=Entropy | volume=15 | issue=12 | date=2013-05-29 | issn=1099-4300 | doi=10.3390/e15062100 | arxiv=1305.2268 | bibcode=2013Entrp..15.2100K | pages=2100–2128|doi-access=free}}</ref>
量子热力学用量子力学在热力学中引入动态演化，从而为有限时间热力学奠基。
它的主要假设是把整个世界看作闭系，从而其时间演化决定于由总[[哈密顿量]]生成的幺正变换。
在热浴模型下，组合系统的总哈密顿量可以分解为：
:<math> H=H_{\rm S}+H_{\rm B}+H_{\rm SB} </math>
其中 <math>H_{\rm S}</math> 是系统的哈密顿量， <math>H_{\rm B} </math> 是热浴的哈密顿量， <math>H_{\rm SB}</math> 是系统与热浴的相互作用项。
系统的状态由下列组合系统与热浴的偏迹给出：
<math>\rho_{\rm S} (t) =\mathrm{Tr}_{\rm B} (\rho_{\rm SB} (t)) </math>。
系统的动力学通常只需要用系统算符描述，与此等价，也可以用约化的动力学描述整个系统的动力学。
假设系统的动力学具有[[马尔可夫性质]]，那么开放量子系统的基本运动方程就是{{link-en|Linblad方程|Lindblad equation}} (GKLS):<ref>{{cite journal | last=Lindblad | first=G. | s2cid=55220796 | title=On the generators of quantum dynamical semigroups | journal=Communications in Mathematical Physics | volume=48 | issue=2 | year=1976 | issn=0010-3616 | doi=10.1007/bf01608499 | bibcode=1976CMaPh..48..119L | pages=119–130 | url=http://projecteuclid.org/euclid.cmp/1103899849 | access-date=2021-09-29 | archive-date=2020-08-20 | archive-url=https://web.archive.org/web/20200820095903/https://projecteuclid.org/euclid.cmp/1103899849 | dead-url=no }}</ref><ref>{{cite journal | last=Gorini | first=Vittorio | title=Completely positive dynamical semigroups of N-level systems | journal=Journal of Mathematical Physics | volume=17 | issue=5 | year=1976 | issn=0022-2488 | doi=10.1063/1.522979 | bibcode=1976JMP....17..821G | pages=821–825}}</ref>
:<math>\dot\rho_{\rm S}=-{i\over\hbar}[H_{\rm S},\rho_{\rm S}]+L_{\rm D}(\rho_{\rm S}) </math>
其中 <math> H_{\rm S}</math> 这一部分是一个 ([[埃尔米特矩阵|厄密的]]) [[哈密顿量]] ，而 <math>L_{\rm D} </math>是： 
<math>L_{\rm D}(\rho_{\rm S})=\sum_n \left(V_n\rho_{\rm S} V_n^\dagger-\frac{1}{2}\left(\rho_{\rm S} V_n^\dagger V_n + V_n^\dagger V_n\rho_{\rm S}\right)\right)</math>

== 参见 ==
{{Portal|物理学}}
* [[熱量子場論]]
* [[量子統計力學]]

== 参考 ==
{{Reflist}}

[[Category:热物理学和统计物理学哲学]]
[[Category:非平衡態熱力學]]
[[Category:热力学]]
[[Category:量子力学]]