Revealing the strokes of autonomous quantum heat engines with work and heat fluctuations
我们分析了一个自治热电发动机组成的两个超导量子耦合到单独的热浴和连接的约瑟夫森结。功和热是过程量，不是发动机量子系统的可观测量，但它们的速率可以由相应系统可观测量的稳态期望值导出，它们的涨落由GKLS主方程和量子回归定理确定的关联函数给出.关联函数还揭示了隐藏在稳定状态下的能量的周期性动态转移--发动机的冲程。
2020-01-21 quant-ph
Quantum finite-time thermodynamics: insight from a single qubit engine
将时间转化为热力学允许解决效率和功率之间的权衡。量子比特引擎作为一个玩具模型，以开放系统的量子理论为基础，从第一原理出发研究这种权衡。我们研究了不可逆性的量子起源，起源于热输运，量子摩擦和热化存在的外部驱动。我们构造各种有限时间发动机循环的基础上的奥托和卡诺模板。我们的分析强调了相干性的作用和熵产生的量子起源。
2020-09-06 quant-ph
What role does the third law of thermodynamics play in Szilard engines?
热力学第三定律在Szilard发动机中的作用已得到解决。如果基态是非简并的，则定义为从发动机提取的功除以温度的熵产生由于第三定律而随着温度接近零而消失。由对称性或偶然性引起的简并基态在零温下产生非零熵产生，并伴随有剩余熵。各种物理情况下，如SZE玻色子或费米子组成的相互作用或没有已被调查。
2011-12-14 quant-ph
Quantum coherence can be transformed into heat
热力学第一定律重申了能量守恒定律。它将系统的能量变化分为两部分，热量和功。虽然在经典热力学中对热和功的定义没有歧义，但它们在量子体系中的分类并不那么明显。因此，热力学的热力学第一定律在量子体系中就成了问题。然而，最近的研究表明，如果考虑到量子相干性对系统内能变化的贡献，热力学热力学第一定律可以推广到量子领域。本文利用非耗散通道下的二能级原子系统研究了热力学第一定律在某些量子变换中的新形式。在我们的工作中，我们获得了一个新的结果，量子相干性可以转化为热量，热量可以消散到环境中。
2023-01-18 quant-ph
The heat and work of quantum thermodynamic processes with quantum coherence
能量通常通过两个独立的路径被划分为热和功，这两个路径对应于量子系统的本征能量或概率分布的变化。各种量子热力学过程的热和功的差异在文献中还没有得到很好的表征。在这里，我们展示了量子机器中的工作是如何与等容、等温和绝热过程有区别的。我们证明了量子等容和等温过程中的能量交换仅仅依赖于本征能量或几率分布的变化。然而，对于非绝热量子演化中的含时系统，表征量子相干性的不同量子态之间的跃迁会影响系统的基本热力学性质，因此，对于微观一般含时系统，热和功的一般定义应予以澄清.通过在量子自旋进动的精确可解动力学中引入相干效应，将内能严格转化为热力学绝热过程中的功。研究表明，量子绝热过程是热力学绝热过程的充分过程，但不是必要过程。
2017-11-10 quant-ph
Quantum Thermodynamics of Small Systems: The Anyonic Otto Engine
本文研究以任意子为工作介质的小系统量子热力学，重点分析单任意子和双任意子奥托发动机，并推导出效率随统计参数变化的公式。
2024-01-14 quant-ph
Qubit thermodynamics far from equilibrium: two perspectives about the nature of heat and work in the quantum regime
考虑到一个基于熵的划分转换成热量和工作的能量，我们开发了一个替代的理论框架的二能级系统的热力学分析。当比较这些结果与这些量的标准定义下获得的结果时，我们观察到一个新的工作项的出现，它表示在定义局部哈密顿量的外场存在下旋转布洛赫矢量的能量成本。此外，我们得到了显式的温度，热容量和系统的内部熵产生的两种范式。为了说明我们的研究结果，我们研究，从这两个角度来看，两个不同的系统的物质辐射相互作用过程。
2021-03-16 quant-ph
On the Computational Power of Molecular Heat Engines
热机是一种利用热储器和冷储器之间的温差做功的机器。在这里，两个水库是量子系统和一个热机描述的幺正变换，减少了平均能量的二分系统。在分子尺度上，实现这样一个单一的热机的能力与执行逻辑运算和经典计算的能力密切相关。通过几个例子说明了这一点：（1）最基本的热机是作用于具有不同能隙的1热1冷两能级系统的SWAP门。(2)一对三能级系统上的最优酉热机可以直接实现或门和非门，以及复制操作。因此，在从热和冷系综中取出的每对3-能级系统上实现该热机的能力允许通用经典计算。(3)最佳热机工作在一个热态和一个冷态的不同频率的振荡器模式，能够近似计算多项式和根。(4)一个最优热机作用于不同层间距的1热n冷两层系统甚至可以解决NP完全问题KNAPSACK。虽然已经知道相互作用多粒子系统的基态的确定是NP-难的，但最佳热机是一个热力学问题，即使对于n个非相互作用自旋系统也是NP-难的。这一结果表明，分子热机的效率可能有复杂性理论的限制。
2005-02-02 quant-ph
Initial demonstration of a quantum heat engine based on dissipation-engineered superconducting circuits
Aalto University（阿尔托大学）；VTT Technical Research Centre of Finland（芬兰技术研究中心）
利用超导电路和量子电路冰箱作为可调热库，通过量子奥托循环实现量子热机，测量到正输出功率和效率。
2026-06-29 quant-ph
The second law, Maxwell's daemon and work derivable from quantum heat engines
利用一类由双能量本征态系统组成的量子热机，在循环的不同阶段分别经历量子绝热过程和与热浴的能量交换，我们能够阐明热力学第二定律的一些重要方面。量子热机也提供了一种实用的方法，作为西拉德发动机的替代品，在物理上实现麦克斯韦的守护进程。在平均遵守第二定律的同时，它们也能够从热浴中提取比热平衡中可能的更多的功。
2005-08-22 quant-ph
Autonomous quantum heat engine
Aalto University（阿尔托大学）；VTT Technical Research Centre of Finland（芬兰技术研究中心）；Indian Institute of Technology, Mandi（印度理工学院曼迪分校）；Arctic Instruments（北极仪器公司）
本文通过超导电路实现自主量子热机，验证了理论预测，展示了热机内部动态产生相干微波功率的现象。
2026-03-16 quant-ph
Thermodynamic state convertibility is determined by qubit cooling and heating
该研究在量子资源理论框架下，揭示了准经典非热资源的态可转换性可完全通过其冷却、加热量子比特的能力表征，解决了非热态调控热平衡量子系统温度的核心问题。
2023-12-12 quant-ph
Thermodynamic work and heat for a quantum process: Approach by Hamiltonian decomposition
本文通过分解系统与环境的相互作用哈密顿量，提出开放量子系统的有效哈密顿量，从而解决量子热力学中内能分离为功与热的长期争议。
2025-01-01 quant-ph
Quantum Heat Engines, the Second Law and Maxwell's Daemon
介绍了一类量子热机，它由最简单的量子力学系统--双能量本征态系统组成，在循环的不同阶段分别经历量子绝热过程和与热浴的能量交换.有了这类热机和在量子水平上对热传递和功的一些解释，我们就能够澄清热力学第二定律的一些重要方面。特别是，热源比散热器热是不够的，但在通过发动机提取任何功之前，在较热的热源和较冷的散热器之间必须有最小的温差。这个最小温差的大小取决于所涉及的量子引擎的能隙。我们的新量子热机也提供了一种实用的方法，作为Szilard发动机的替代品，在物理上实现麦克斯韦的守护进程。受拉比振荡的启发和激励，我们进一步引入了一些修改的量子热机与单模腔，以，同时尊重第二定律，提取更多的工作，从热浴比否则可能在热平衡。上述结果也可推广到无限多个能级的量子热机，包括一维简谐振子和一维无限方阱。
2005-08-22 quant-ph
Thermodynamics and Fluctuations in Quantum Heat Engines under Reservoir Squeezing
本研究针对热压缩与冷热储库交替驱动的有限时间量子奥托热机，揭示储库压缩可提升热机性能与稳定性，提出基于囚禁钙离子单电子自旋的实验方案，为有限时间量子热机研究提供通用框架。
2023-05-04 quant-ph
Quantum Lubrication: Suppression of Friction in a First Principle Four Stroke Heat Engine
一个类似于奥托循环的热机的量子模型被用来探索抑制摩擦损失的策略。这些损失是由于发动机的工作介质在膨胀和压缩阶段不能精确地跟随哈密尔顿算子的变化而引起的。通过增加发动机的外部噪声，可以抑制摩擦损失。
2005-09-19 quant-ph
Improving the Efficiency of an Ideal Heat Engine: The Quantum Afterburner
通过串联使用激光器和微波激射器，可以在热机运行中涉及的热废气中获得激光作用。这种“量子加力燃烧室”涉及工作气体原子或分子的内部量子态以及腔量子电动力学技术，因此属于量子热力学领域。作为一个例子，它表明，奥托循环发动机的性能可以提高超过“理想”的奥托热机。
2001-05-25 quant-ph
The smallest possible heat engines
我们构建了最小的可能的自包含的热机;一个只由两个量子位组成，另一个只由一个量子位组成。发动机是独立的，因为它们不需要外部的工作和/或控制源。它们能够产生用于连续举起重物的工作。尽管发动机的尺寸很小，但它仍然能够以卡诺效率运行。
2010-10-28 quant-ph
Thermodynamic Roles of Quantum Environments: From Heat Baths to Work Reservoirs
Institute of Physics, University of Freiburg（弗赖堡大学物理研究所）；Dipartimento di Fisica “Aldo Pontremoli”, Università degli Studi di Milano（米兰大学阿尔多·蓬特莫利物理系）；EUCOR Centre for Quantum Science and Quantum Computing, University of Freiburg（弗赖堡大学EUCOR量子科学与工程中心）
本文研究了量子热力学中环境的不同热力学角色，通过Fano-Anderson哈密顿量模型展示环境可作为热浴、功库或混合环境，其作用由耦合强度和初始态决定。
2024-08-01 quant-ph
Quantum heat engine operating between thermal and spin reservoirs
朗道擦除原理是热力学和信息论的基石。根据这一原理，擦除信息引起最小的能量成本。最近，Vaccaro和Barnett [Proc. R. Soc { \bf 467}，1770（2011）]探索了在多个守恒量的背景下的信息擦除，并且示出了擦除成本可以仅根据自旋角动量。由于朗道的擦除原理在热机中起着重要作用，他们的结果大大拓宽了热机可能具有的构型。基于此，我们提出了一种新型的光学热机，它工作在一个单一的热库和一个自旋角动量库耦合到一个三能级系统与能量简并基态。所提出的热机在不产生废热的情况下运行，并且超越了传统的卡诺发动机，在传统的卡诺发动机中，工作流体在不同温度下经受两个热浴。
2018-04-03 quant-ph
Electromagnetically Induced Transparency and Quantum Heat Engines
我们描述了如何电磁感应透明可能被用来构建一个非传统的近理想的量子热机的第二定律的约束。发动机由可能比排气库更热或更冷的热库以及单色激光器泵送。作为输出，它在吸收跃迁的线中心产生明亮的窄发射。
2016-11-03 quant-ph
A Numerical Method to Find the Optimal Thermodynamic Cycle in Microscopic Heat Engine
热机是发展非平衡态热力学的基本物理对象。热机的热力学性能取决于循环的选择和参数的时间依赖性。在这里，我们提出了一个系统的数值方法来找到一个热机循环优化一些目标函数。我们将该方法应用于参数缓变的热机，并表明该方法工作良好。我们的数值方法是基于遗传算法，这是广泛应用于各种优化问题。
2021-04-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Irreversible thermodynamic analysis and application for molecular heat engines
本文的目的是确定分子发动机的损失功，并与宏观（经典）热机的结果进行比较。首先，回顾了宏观循环和分子循环的不可逆热力学。第二，对自旋为-1/2的量子热机系统进行了不可逆热力学研究。最后，确定了所考虑系统的损失功，结果表明，宏观和分子热机服从相同的限制。此外，量子热力学的方法建议，以解释以前得到的结果从原子的观点。
2017-06-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Fractional Quantum Heat Engine
在这项工作中，我们介绍了分数量子热机的概念。以空间分数量子Szilard热机为例，说明了空间分数量子热机比传统量子热机具有更高的效率.
2021-03-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Relating Heat and Entanglement in Strong Coupling Thermodynamics
解释强耦合对开放量子系统动力学的影响是快速发展的量子热力学领域中最具挑战性的问题之一。通过使用一个特殊的热的定义，我们开发了一种新的方法来研究强耦合制度下的热力学，它考虑了量子资源的相干性和纠缠。我们应用该方法来计算系统和环境通过广义振幅阻尼通道（GADC）相互作用的含时热力学性质。结果表明，系统与环境纠缠的产生是由于在这一过程中发生的热耗散和热吸收的瞬时不平衡。
2021-09-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Nonlinear coherent heat machines and closed-system thermodynamics
所有现有的热机都是耗散的开放系统。因此，它们不能完全一致地运作。我们建议用一个完全不同的热力学范式来取代这种传统的热力学范式，即热机是由几个场模式组成的非线性相干封闭系统。它们的热态输入通过非线性相互作用转化为非热输出，具有受控的量子涨落和以选定模式提供工作的能力。这种新的范式允许桥接量子相干和热力学描述。
2022-07-31 physics.optics quant-ph
Beyond heat baths: Generalized resource theories for small-scale thermodynamics
热力学最近已经扩展到小尺度的资源理论模型热交换。真正的物理系统交换不同的数量：热，粒子，角动量等，我们概括热力学资源理论的交换观测量以外的热量，浴以外的热浴，和自由能以外的亥姆霍兹自由能。这些概括是用模拟热量和粒子运动的“大势”理论来说明的。自由操作包括守恒能量和粒子数的酉。从这个守恒定律和资源论原理出发，导出了自由态的巨正则形式。国家形成一个准秩序，其特征在于自由操作，d-majorization，假设检验熵，和重新缩放的洛伦兹曲线。我们计算出了一个州的可分配的工作量，并限制了创建一个州的工作成本。这些功量可以不同，但在热力学极限下收敛于巨势。将热力学资源理论扩展到热浴之外，我们用一次统计力学打开不同的现实系统进行建模。人们希望，诸如电化学电池等有前景的应用能够将一次性理论与实验联系起来。
2016-02-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Probabilistically Violating the First Law of Thermodynamics in a Quantum Heat Engine
热力学可观测量的涨落，如热和功，包含了有关基本物理过程的信息。然而，这些波动在传统的热力学热力学定律中没有考虑。虽然第二定律是由著名的波动定理推广到波动系统，第一定律通常被认为是成立的，即使在波动的存在。在这里，我们表明，在量子涨落的存在下，热力学热力学第一定律也可能被打破。这是因为量子力学对热和功的知识施加了限制。为了说明我们的结果，我们提供了一个详细的案例研究的工作和热波动的量子热机的基础上的电路QED架构。我们发现概率违反第一定律，并表明它们是密切相关的量子签名负准概率。我们的结果意味着，在量子涨落的存在下，热力学热力学第一定律可能不适用于个别的实验运行。
2022-03-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thermodynamics of a continuous quantum heat engine: Interplay between population and coherence
我们提出了一个详细的热力学分析的三能级量子热机连续耦合到热和冷水库。该系统是由一个振荡的外场驱动，并由马尔可夫量子主方程描述。我们采用了与热力学一致的广义形式。我们计算的热量，功率和效率的系统的热力发动机的操作制度，并检查热力学的不确定性关系。系统的效率强烈依赖于蒸发器的结构，并且不同水平之间的相关性可能是理想操作的障碍。在量子系统中，热通量被分解为粒子数和相干部分。相干部分是量子系统特有的，与布居部分相反，它不能用线性响应区域中的简单级数展开来表示。我们讨论了人口和相干部分之间的相互作用如何影响的性能的热机。
2021-10-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Path integral approach to heat in quantum thermodynamics
研究了由Caldeira-Leggett模型描述的量子布朗运动的热统计性质。利用路径积分方法，我们引入了沿每对费曼路径的量子热泛函的新概念。这种方法的优点是提高了我们对量子系统中热的理解。首先，我们证明了微观可逆性的系统连接的热功能的前向和其时间反演的概率。其次，我们解析地证明了热泛函及其统计量的量子-经典对应，这使我们能够更好地直观地了解经典热与量子热之间的差异。
2018-07-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum thermodynamic functions for an oscillator coupled to a heat bath
小型系统（在纳米物理学、量子信息等领域感兴趣）特别容易受到环境影响。因此，我们确定各种热力学函数的振荡器在任意温度下的任意热浴。最常见的讨论热浴模型：欧姆，单弛豫时间和黑体辐射的明确结果。
2007-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic thermodynamics of a finite quantum system coupled to two heat baths
我们考虑一种情况，其中$N$级系统（NLS）连续耦合到两个具有不同温度的热浴，而不一定被热化并接近稳态。对于这种情况，我们应用一个一般的Jarzinski型方程，并得出结论，热和熵是从热浴流到冷浴。熵的增加和热的传递除以适当的温度之间的克劳修斯关系假定为两个不等式的形式。我们的方法说明了一个分析的例子。对于线性区域，i.~例如，对于两个热浴之间的小温差，我们推导出热传导系数的表达式。
2021-08-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic thermodynamics of a finite quantum system coupled to a heat bath
我们考虑的情况下，一个$N$能级系统（NLS）耦合到一个热浴不一定热化。对于这种情况下，我们推导出一般Jarzinski型方程，并得出结论，热和熵是从热浴流到冷NLS，反之亦然，从热NLS到冷浴。熵的增加和热传递除以适当的温度之间的克劳修斯关系假定为两个不等式的形式，这两个不等式在文献中已经被考虑过。我们的方法说明了一个分析的例子。
2021-04-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Holographic Heat Engines as Quantum Heat Engines
反德西特时空中爱因斯坦方程的某些解可以通过扩展的引力热力学来设计，以产生“全息热机”，即把热量转化为有用的机械功的装置。另一方面，也有一些结构（实验和理论），其中一系列操作是在一个小的量子系统上进行的，定义了所谓的“量子热机”。我们提出，某些全息热机可以被认为是量子热机的模型，并讨论了这种连接的可能成果。受量子热机将量子系统与经典热力学循环进行类比的特点的启发，首次提出并研究了一些黑洞奥托循环和狄塞尔循环.在重叠的预期制度，我们的奥托效率公式的形式所表现出的量子和经典的热机。
2019-05-22 gr-qc hep-th quant-ph
Thermodynamics of quantum systems strongly coupled to a heat bath I. Operator thermodynamic functions and relations
小量子多体系统在低温下与非马尔可夫行为的热浴强耦合的热力学是量子热力学的新挑战，因为传统热力学是建立在与非动力学库弱耦合的大系统上的。量子属性也很重要，如量子相干性、相关性、纠缠和波动。总而言之，人们需要重新检查热力学函数的意义，热力学关系的可行性和热力学定律的有效性。在量子热力学的一种流行方法中，封闭系统，包括感兴趣的系统和它强烈耦合的浴，被假定为始终处于全局热状态。在此基础上提出了三个强耦合热力学理论，即Gelin & Thoss [1]，Seifert [2]和Jarzynski [3]的理论。本文提供了它们的量子公式，Jarzynski的两个不同的表示涵盖了前两者。给出了算符热力学势和热力学关系式。我们提到了与两种表示中的能量和熵有关的问题，在我们的泛函公式中定义量子功的可能方法，以及如何与量子热力学的开放系统非平衡动力学方法联系起来，如[4]所提出的。
2017-10-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Second Law of Thermodynamics with Discrete Quantum Feedback Control
导出了一个新的热力学不等式，该不等式导致在离散量子反馈控制的帮助下，可以从多热浴中提取最大功。最大功由热力学系统和反馈控制器之间的自由能差和广义互信息量确定。该最大功可以超过传统热力学中的最大功，并且在具有两个热浴的热循环的情况下，热效率可以大于卡诺循环的热效率。我们的结果与热力学第二定律的一致性是由反馈控制器的信息处理所需的功这一事实来保证的。
2008-02-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic universality of quantum Carnot engines
热力学第二定律的卡诺陈述对所有热机的效率提出了上限。最近，已经研究了诸如相干性和量子纠缠的通用量子特征是否可以允许量子器件具有大于卡诺效率的效率。目前的研究表明，这是不允许的热力学热力学定律。特别是，我们将证明，而不是热的定义必须修改，以考虑到维持相干性和纠缠的热力学成本。我们的理论研究结果数值说明了实验相关的例子，从光学力学。
2015-10-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum heat-up operation and violation of the second law of thermodynamics
为了建立量子热力学的操作方法，明确地构造了加热算子。这种量子操作为一般系统产生从零温度下的纯基态到有限温度下的状态的不可逆变换。不动点分析表明，在高温极限下，从任意状态到完全随机状态的操作映射的重复应用得以实现。计算了自旋为1/2的简单二分系统的冯诺伊曼熵的变化。它表明，值得注意的是，热力学第二定律可能会违反沿本量子操作所产生的过程。
2010-10-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Finite-time thermodynamics: A journey beginning with optimizing heat engines
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）
本文综述了有限时间热力学的历史发展，回顾了过去二十年该领域的研究现状，重点探讨了有限时间热力学循环的基本限制、热力学过程的最优控制与优化、非常规热机的操作以及实验进展。
2024-11-06 cond-mat.stat-mech physics.app-ph physics.class-ph
Multilevel quantum thermodynamic swap engines
我们研究了二冲程量子热力学发动机中的能量交换和涨落，其中工作流体由两个多级量子系统表示，即qudits，热流通过在不同温度下的两个热库的弛豫来允许，并且功交换通过部分交换幺正相互作用来操作。我们确定了三个制度的操作（热机，制冷机，热加速器），目前的熵产生和信噪比的功和热之间的热力学不确定性关系，并推导出完全的联合概率的随机工作和热。我们的研究结果弥合了双量子比特和双模玻色子交换引擎之间的差距，并显示了哪些属性被保持（例如，非波动的奥托效率）以及因增加维数而损失的部分（例如，标准热力学不确定性关系的小的违反或超过Curzon-Ahlborn效率的可能性）。
2021-07-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Strong Coupling Quantum Thermodynamics far away from Equilibrium: Non-Markovian Transient Quantum Heat and Work
本文研究了远离平衡态的混合量子系统的强耦合量子热力学。实验上实现了金刚石中NV心在外部驱动下的强耦合杂化系统。我们应用最近发展起来的量子热力学重整化理论研究了这个混杂系统中的瞬态量子热和功。我们发现，系统的耗散和涨落动力学诱导的瞬态量子热流，涉及显着的非马尔可夫效应。另一方面，能量重整化和外部驱动诱导量子功功率。驱动诱导的功功率也表现出非马尔可夫效应，这是由于腔的非马尔可夫动力学的反馈，由于它与自旋系综的强耦合。
2022-06-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Szilard Engines as Quantum Thermodynamical Systems
我们分析了一个发动机的工作流体由一个单一的量子粒子，并行西拉德的建设一个经典的单粒子发动机。在他使用后者解决麦克斯韦第二定律悖论之后，量子引擎的设计反映了经典的混沌Szilard Map，它操作测量，热能提取和内存重置的热力学循环。聚焦于观察和控制粒子的热力学成本，并在量子和经典极限中比较这些成本，我们详细介绍了量子和经典制度中信息处理引起的热力学耗散的朗道原理背后的热力学权衡。特别是，发现与经典发动机，我们表明，在一个周期的热力学成本的总和服从广义朗道原理，精确平衡从热浴中提取的能量。因此，量子引擎遵守第二定律。然而，量子引擎是通过完全不同的机制来实现的：经典的测量和擦除决定了热力学，而在量子实现中，分区插入的成本是关键。
2022-12-06 cond-mat.stat-mech nlin.CD quant-ph
Generalized thermodynamics of an autonomous micro-engine
我们将自主微型发动机作为一个封闭的量子力学系统进行分析，包括它所做的工作和消耗的燃料。我们的模型系统通过示例表明，可以在快自由度和慢自由度之间稳定且自发地传递能量，类似于内燃机将化学能转化为功的方式。在证明了这种可能性之后，我们观察到我们的微型发动机的封闭系统量子动力学与热力学第一和第二定律之间的密切类比。从这些类比，我们推导出一个广义的热力学公式，仍然有效的微观尺度。
2013-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum-Enhanced Heat Engine Based on Superabsorption
我们提出了一个量子纠缠增强的热机。我们的方案的关键特征是超吸收，这有助于增强纠缠量子比特的能量吸收。而传统的引擎与$N$可分离的量子位提供功率与$P = Θ(N)$的缩放，我们的引擎使用超吸收提供功率与$P = Θ(N^2)$的量子缩放。这种量子热机也表现出比经典的$N$粒子朗之万系统组成的缩放优势。我们的工作阐明了量子性能的增强。
2022-05-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
The invariant-based shortcut to adiabaticity for qubit heat engine operates under quantum Otto cycle
在本文中，我们研究的作用和相关性的成本为基础的快捷方式绝热使量子位热机运行在量子奥托循环。我们考虑一个量子位热机与朗道-齐纳哈密顿和改善其性能使用刘易斯-Riesenfeld不变量为基础的捷径绝热方法。针对成本对提高性能的重要性，本文探讨了成本与热机的功和效率的关系。我们分析了热机循环中非绝热幺正过程的成本随时间的变化。还讨论了获得量子位热机的准静态性能所需的成本。我们发现，由于非绝热性的发动机的效率损失可以恢复使用快捷的方法，它甚至有可能在有限的时间内，以较高的成本获得准静态性能。
2022-03-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Using a quantum SWAP engine to experimentally validate thermodynamic uncertainty relations
本文在核磁共振平台上实验实现量子SWAP引擎，验证广义热力学不确定性关系在所有工作区间成立，而更紧致的TUR在部分区间被违反。
2024-10-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Beyond the Carnot Limit in the Internal Cycles of a Quantum Heat Engine under Finite Heat Reservoirs
本文解析研究了耦合有限热库的微观量子热机卡诺循环，证明其内部循环可在不消耗额外量子资源的情况下超越标准卡诺极限，并揭示了有限热库热容量对最大效率和功率输出的关键作用。
2024-09-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
The Anyonic Quantum Carnot Engine
本文研究以二维任意子为介质的量子卡诺热机，推导出其效率的显式表达式，为探索小尺度量子系统的热力学及从量子统计中提取机械功提供了新途径。
2025-04-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Geometric characterization for cyclic heat engines far from equilibrium
该研究针对远离平衡的循环热机，通过几何长度与时间尺度建立功率-效率权衡关系，给出功率的几何上界，提供了适用于经典和量子热机的性能几何表征方法。
2024-04-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic uncertainty relation in nondegenerate and degenerate maser heat engines
本文研究了非简并三能级和简并四能级脉泽热机的热力学测不准关系。在非简并情况下，我们考虑了两种略有不同的三能级脉泽热机结构，并对比了它们对标准TUR的违反程度。在高温极限下，这两种构型都违反了标准TUR关系。我们还揭示了TUR的不变性下的物质场耦合常数和系统浴耦合常数的同时重新标度。对于简并四能级发动机，我们研究了噪声诱导相干性对TUR的影响。我们表明，根据操作的参数制度，噪声引起的相干性可以抑制或增强相对功率波动。
2022-12-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics of enhanced heat transfer: a model study
通过外部设备增强能量或物质转移的自发过程的情况在自然界中广泛存在（人类出汗系统、酶催化、跨生物膜的促进扩散、工业热交换器）。然而，这种过程的热力学仍然是开放的。在这里，我们研究了增强传热模型结浸入两个热浴在不同温度$T_h$和$T_c$（$T_h>T_c$）之间。通过外部时变场控制结来增强传递的热功率。假设自发热流过程在结哈密顿量上得到优化，则该自发过程的任何增强都需要消耗和随后的耗散功。增强的效率通过热功率的增量除以消耗的功的量来定义。我们表明，这种效率是有界的$T_c/(T_h-T_c)$。从形式上讲，这与将热量从冷传递到热的普通冰箱的效率的卡诺约束相同。它还具有卡诺束缚的一些（但不是全部）物理特征。
2010-07-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic Geometry of Microscopic Heat Engines
我们开发了一个几何框架来描述由缓慢的周期性温度变化和机械控制参数的调制驱动的微观热机的热力学。涵盖经典和量子制度，我们的方法揭示了一个普遍的效率和功率之间的权衡关系，仅从几何参数，并持有任何物理一致的微观动力学。专注于Lindblad动力学，我们得出的第二个界限表明，作为一个真正的量子效应的一致性不可避免地降低了性能的缓慢发动机循环，无论驱动振幅。为了证明我们的结果的实际适用性，我们制定了一个单量子位的热机，这是在当前的固态技术的范围内的例子。
2019-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Enhancement of quantum heat engine by encircling a Liouvillian exceptional point
量子热机由于涉及到量子相干性而有望超越经典热机。在这里，我们实验执行单离子量子热机和演示，第一次，动力学和增强性能的热机源于刘维例外点（LEPs）。除了与LEPs相关的拓扑效应外，我们还关注热力学效应，这可以通过退相干下的Landau-Zener-Stuckelberg过程来理解。如果热机循环动态地环绕LEP，我们见证了来自量子热机的正净功。进一步的研究表明，当系统更接近LEP时，完成更大的网络工作。我们将量子热机的增强性能归因于LZS过程，该过程由LEP附近的本征能景观和EP诱导的拓扑转变实现。因此，我们的研究结果开辟了新的可能性，走向LEP使能控制的量子热机和热力学过程中的开放量子系统。
2023-02-27 physics.atom-ph quant-ph
Quantum engines and the range of the second law of thermodynamics in the noncommutative phase-space
在非对易量子力学（QM）量子化框架下，研究了量子热机的两种可测方案。通过识别相空间NC驱动参数和有效外部磁场之间的唯象联系，NC对量子发动机的效率系数\mathcal{N}的影响可以量化为两个不同的循环：等磁循环和等能循环。此外，特别注意量子卡诺循环，注意到包含NC效应不影响最大（卡诺）效率\mathcal{N}^C，证实了热力学第二定律的稳健性。
2016-09-24 hep-th quant-ph
