量子基礎・量子情報の新展開

近年盛んに研究が行われている有限時間周期の量子熱機関では，量子系を熱浴と接触させる量子熱接触過程が重要な役割を果たす．従来の研究では，詳細つり合い条件を満たす遷移率で量子系がエネルギー固有状態間を遷移するGKLS型量子マスター方程式によって量子熱接触過程が記述されてきた．しかし，詳細つり合い条件は量子熱接触過程に要請されるGibb状態保存を満たす十分条件だが，必要条件ではない．そこで，本研究では，GKLS型量子マスター方程式で記述される1量子ビット系の量子熱接触過程をGibbs状態保存が成り立つ範囲で一般化し，量子力学の確率保存則との整合性を保ったうえで，必ずしも詳細つり合い条件を満たさない量子熱接触過程を構成する．詳細つり合い条件を破る量子熱接触過程のもとでは，熱接触に伴う量子重ね合わせ状態の緩和が抑えられ，特に，熱接触の途中で量子重ね合わせ状態が一時的に生成され得ることを示す．そして，そのような量子熱接触を有限時間だけ行う量子Ottoサイクルにおいて熱効率が向上することを明らかにする．