Violando a relação de incerteza termodinâmica no maser de três níveis

Motores térmicos em escala nanométrica estão sujeitos a grandes flutuações que afetam sua precisão. A relação de incerteza termodinâmica (TUR) fornece um compromisso entre potência de saída, flutuações e custo entrópico. Esse compromisso pode ser superado por sistemas que apresentam coerência quântica. Esta Carta fornece um estudo da TUR em um motor térmico quântico prototípico, o maser de Scovil-Schulz-DuBois. A comparação com um sistema de referência clássico nos permite determinar o efeito da coerência quântica no desempenho do motor térmico. Identificamos analiticamente regiões onde a coerência suprime flutuações, implicando uma vantagem quântica, bem como regiões onde as flutuações são aumentadas pela coerência. Esse efeito quântico não pode ser antecipado a partir dos elementos fora da diagonal da matriz de densidade. Como as flutuações não estão codificadas apenas no estado estacionário, as violações da TUR são uma consequência da coerência que vai além da coerência em estado estacionário. Embora o sistema viole a TUR convencional, ele adere a uma formulação recente de uma TUR quântica. Mostramos ainda que os parâmetros nos quais o motor opera próximo ao limite convencional são prevalentes e que as violações da TUR no modelo quântico não são incomuns.