带有DM相互作用的三比特Heisenberg XXZ模型的量子Otto热机

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1、分类号：学校代码：１０１６５密级：学号：２０１５１１０００６０５連掌枰总大學硕士学位论文＿带有ＤＭ相互作用的三比特ＨｅｉｓｅｎｂｅｒｇＸＸＺ模型的量子Ｏｔｔｏ热机－ＸＸＺＱｕａｎｔｕｍＯｔｏｈｅａｔｅｎｇｉｎｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｒｅｅｑｕｂｉｔＨｅｉｓｅｎｂｅｒｇｍｏｄｅｌｗｉｔｈＤＭｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ孙琦作者姓名：ａ学科、专业：理论物理研究方向：量子物理与量子信息导师姓名：黄晓理２０１８年５月辽宁师范大学硕士学位论文摘要随着纳米技术的进步和量子信息处理技术的

2、发展，量子物理学和热力学之间交叉领域的研究，已经引起了越来越多人的关注。而量子热力学的研究不仅有望应用于纳米技术和量子信息处理，同时也能为热力学的许多根本问题带来新的深刻见解。量子热机是量子热力学领域的一个重要问题。人们致力于使用各种不同的量子力学系统以及实验方案，来探索并实现量子热机，并优化量子热机的性能。本文我们在量子热力学的基本理论和量子热机的研究背景的基础上，构建一个带有各向异性、Dzyaloshinski-Moriya（DM）相互作用的海森堡XXZ模型为工作物质的量子Otto热机，我们计算输出功和效率，在三种绝热变化情况下，研究DM

3、相互作用参数和各向异性参数以及纠缠对热机性能的影响。此外，在第三种情况下，分析热机可能的绝热压缩比，以及三个量子比特系统和单量子比特系统的输出功之比。在正文的第一章，我们主要说明量子力学、热力学以及量子热机的背景和研究近况。在正文的第二章，我们简单论述与本文研究内容相关的量子热力学的基本理论。在正文的第三章，我们以一个均匀磁场下，带有各向异性、DM相互作用的海森堡XXZ模型为工作物质，构建了一个量子Otto循环。该模型包含XX模型（0）和XXX模型（1）的结果，因此我们可以比较它们之间的差异。我们首先计算循环的输出功和效率，然后在绝热

4、过程，只有外磁场在两个选定值之间变化（BBB），耦合hch常数固定不变（JJJ）和只有耦合常数在两个选定值之间改变（JJJ），hchch外磁场固定不变（BBB）的两种情况下，分析DM相互作用参数D和各向异性参hc数对该量子热机性能的影响。在本文的第四章，我们考虑另外一种特殊情况，即在两个绝热过程外磁场和耦合常数以同比例变化，BBJJr，其中r是绝热压缩比。在此限制条件下，我们同chch样分析各向异性参数和DM相互作用参数D对热机循环性质的影响。此外，我们讨论了热机的正功条件，研究了热机可能的绝热压缩比，以及三个量子比特

5、系统和单量子比特系统在相同外部条件下输出功的比率。最后我们简单讨论了二体纠缠对热机效率的影响。结果表明由于能谱的复杂性，结果与两个量子比特的情况有很大的不同。在文章的最后，我们对本文的研究成果进行了总结和展望。关键词：量子热机；Otto循环；量子纠缠；绝热压缩比-I-带有DM相互作用的三比特HeisenbergXXZ模型的量子Otto热机QuantumOttoheatenginebasedonthree-qubitHeisenbergXXZmodelwithDMinteractionAbstractWiththeprogressofnanot

6、echnologyandthedevelopmentofquantuminformationprocessing,thestudyoftheinterfacebetweenquantumphysicsandthermodynamicshaveattractedmoreandmoreattentions.Studiesofquantumthermodynamicsnotonlypromiseimportantpotentialapplicationsinnanotechnologyandquantuminformationprocessing,

7、butalsobringnewinsightstosomefundamentalproblemsofthermodynamics.Quantumheatengineisanimportantprobleminquantumthermodynamics.Variousquantummechanicalsystemsandexperimentalschemeshavebeenusedtoexploreandimplementquantumthermalenginesandtheperformancesofquantumthermalengines

8、areoptimized.Inthispaper,basedonthebasictheoryofquantumthermodynamicsandtheresearc