Non-reciprocal heat transfer in quantum systems

Isı bolluğu onu enerji kaynağı olarak iyi bir aday yapar, ancak ısıyı manipüle etme kabiliyetimiz çok sınırlıdır. Yeni bir ısı kontrol yöntemi olarak, diyot, transistör vb. gibi karşılıklı olmayan elektronik cihazların termal analogları, bir çok çalışmada dikkat çekmiştir. Son zamanlarda, bu çalışmalar kuantum alanında cihazlar önermeye başladı ve önerilen bu kuantum termal cihazları, özellikle bu tezde odaklandığımız diyotlar, hala optimizasyon problemlerine sahiptir. İki etkileşimli qubit diyotu durumunda, rezonans qubitler için ısı yönlendirmesi yoktur. Bu tez çalışmasında, optomekanik benzeri bir kavrama ile birleşen etkileşim içindeki iki qubitin oluşturduğu bir kuantum termal diyodu ele alıyoruz. Global mastır denklemini türetiyoruz ve diyot davranışını göstermek için hem düz hem de Ohmik spektral yoğunlukları için ısı akımını hesaplıyoruz. Diyotun kalitesi, düzeltme faktörü olarak adlandırılan bir ölçü ile ölçülüyor. Zayıf ve güçlü qubit etkileşim rejimleri de dahil olmak üzere çok çeşitli sistem parametreleri için düzeltme faktörünü sayısal olarak hesaplıyoruz. Birim düzeltme faktörünün hem yüksek hem de düşük sıcaklık aralıklarında çeşitli parametreler için elde edildiğini göstermekteyiz. En önemlisi, qubitler rezonant frekanslara sahip olsalar bile neredeyse birim düzeltme mümkündür. Tüm bu sonuçlara yol açan fiziksel mekanizmayı açıklıyoruz ve mekanizmanın izin verilen enerji geçişleri ve/veya qubit-ısı banyosu etkileşimlerinin asimetrik olmasına bağlı olduğunu gösteriyoruz. Ayrıca geçişlerdeki asimetrinin, alt sistemlerin serbest Hamiltonlularında bir asimetri ve/veya bunların aralarındaki etkileşimi ile elde edildiğini de göstermekteyiz. Asimetri kaynaklarını iki oyuncak modeli ile örneklendiriyoruz. Bunlardan biri, mümkün olan en küçük diyot olan, tek qubit sistemi diğeri ise üç seviyeli bir atomdur. Bu iki sistem, diyot davranışları gösterse de, düzeltme yönünün çok az kontrolü vardır ve etkileşim içindeki iki qubit sistemi, diyotun çok yönlü kontrolünü sağlar.