• catena di Ising quantistica
• sistemi quantistici a molti corpi
• macchine termiche quantistiche
• termodinamica quantistica

All’interno di questa tesi esploriamo il funzionamento di un prototipo di macchina termica quantistica, con 'working substance' data da un sistema a molti corpi interagenti, andando a sondare eventuali vantaggi forniti dallo scaling del numero di corpi. In particolare, analizziamo una catena di spin accoppiati secondo il modello di Ising quantistico in campo magnetico trasverso, sottoposta ad un ciclo di Otto. Il ciclo è composto da una trasformazione adiabatica in cui aumenta il campo magnetico, una termalizzazione con un bagno termico caldo, una trasformazione adiabatica in cui diminuisce il campo magnetico e una termalizzazione con un bagno termico freddo. Analizzando il ciclo nel caso ideale di trasformazioni adiabatiche quasi-statiche e termalizzazioni perfette si osserva come, al variare dei parametri che lo definiscono, il sistema possa operare da 'heat engine'. 'refrigerator', 'accelerator' e 'heater'. Osserviamo, inoltre, come vi sia uno scaling super-lineare delle prestazioni della macchina al crescere del numero di spin della catena. In particolare ciò avviene nel caso in cui il sistema opera da 'heat engine' e nel caso in cui opera da 'refrigerator', quando variando il campo magnetico viene attraversato il punto critico. Nel caso non ideale invece, verifichiamo come il sistema produca una potenza che ha un andamento non monotono sia rispetto al tempo di termalizzazione con i bagni che rispetto alla velocità con cui varia il campo magnetico. Inoltre verifichiamo come il sistema produca una potenza maggiore quando il campo magnetico viene variato in fase paramagnetica piuttosto che in fase ferromagnetica.