Protezione a larghezza di banda finita di un motore termico quantistico a tre livelli dalle dispersioni parassite di calore

Abstract degli autori

L’ingegneria dei serbatoi a larghezza di banda finita può sopprimere le transizioni indesiderate in una macchina termica quantistica, ma un filtro fisico introduce anche un tempo di risposta finito. Studiamo questa competizione in un motore termico continuo a tre livelli, in cui l’ambiente caldo è accoppiato parassiticamente alla transizione fredda. La corrispondente rete cinetica a tre stati viene risolta esattamente: si mostra così che la transizione parassita genera un cortocircuito termodinamico dal caldo al freddo e si ricava una soglia in forma chiusa oltre la quale il funzionamento a potenza positiva viene meno. Manteniamo poi esplicitamente un modo ausiliario smorzato, usandolo come filtro spettrale fisico. La sua risposta lorentziana sopprime la transizione parassita fuori risonanza, mentre un restringimento eccessivo limita il flusso utile di energia. Calcoli indipendenti, basati su GKSL locale e su Bloch--Redfield non secolare, recuperano entrambi il motore markoviano senza dispersioni nel limite di accoppiamento debole e prevedono una larghezza di banda di potenza massima finita, sebbene la sua posizione precisa dipenda dal modello. Al contrario, una riduzione basata su tassi lorentziani risolti in frequenza non presenta un ottimo interno. Il principio progettuale che ne deriva è che la selettività spettrale può proteggere il ciclo termodinamico utile, ma non è possibile restringere un filtro reale senza pagarne il costo in termini di portata dinamica.