Strong coupling non-Markovian quantum thermodynamics of a finite-bath system

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作者
Devvrat Tiwari,Baibhab Bose,Subhashish Banerjee
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:162 (11) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0254029
摘要

The focus is on understanding the quantum thermodynamics of strongly coupled non-Markovian quantum systems. To this end, a non-trivial, non-Markovian model of a central spin surrounded by a spin bath is taken up, and its exact evolution is derived for arbitrary system-bath couplings. The fundamental quantum thermodynamic quantities, such as system and bath internal energies, work, heat, entropy production, and ergotropy, are calculated using the dynamics and the original system (bath) Hamiltonian. An explicit expression for the work, a mismatch between the system and bath internal energies, is derived. The thermodynamic entropy of the system at thermal equilibrium is studied using the Hamiltonian of mean force in the strong coupling regime. The role of a canonical Hamiltonian in calculating the above thermodynamic quantities, a recently developed technique, is also investigated. Furthermore, an interesting observation relevant to the spin bath acting as a charger is made in a scenario where the central spin is envisaged as a quantum battery.
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