The Quantum Absorption Refrigerator
研究了噪声驱动的量子吸收制冷机，目的是确定制冷到绝对零度的极限。该模型包括一个工作介质耦合同时热，冷和噪声浴。显式表达式的冷却功率高斯和泊松白噪声。量子模型符合热力学热力学定律第一定律和第二定律。第三定律被定量化，当T_c接近0时，冷却功率J_c与T_c^{alpha}成正比，其中alpha =d+1，其中d是熔池的尺寸，通过与热玻色子场的线性耦合描述量子的发射和吸收耗散。
2011-11-09 quant-ph
Quantum refrigerator driven by nonclassical light
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Washington University（华盛顿大学）
研究了一种由通用光态驱动的三能级量子冰箱，发现不同类型的光态对性能系数无影响，但冷却功率依赖于光强度和光子统计特性，非经典光可调制冷功率。
2022-09-08 quant-ph
Floquet's Refrigerator: Conformal Cooling in Driven Quantum Critical Systems
我们提出了一种通用的冷却方法--由空间变形哈密顿产生的周期性驱动--并在一般的一维量子临界系统中研究它，该系统由共形场论描述。我们的协议是能够有效地冷却有限温度吉布斯（混合）状态下降到零温度在规定的子区域在Floquet时间周期指数迅速。与此同时，熵和能量被转移并定位到随时间收缩的互补区域。我们通过约化密度矩阵的全时演化的精确解析解得到这些结论。我们还使用自由费米子晶格模型的数值作为基准，并找到显着的协议。这种共形Floquet制冷机为冷却合成量子系统开辟了一条有前途的新途径。
2022-10-31 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el hep-th
Performance boost of a collective qutrit refrigerator
具有由弱耦合库选择性驱动的过渡的单个qutrit可以实现世界上最小的冰箱之一。我们分析的性能$N$这样的冰箱，集体耦合到水库。我们观察到量子提升，表现在稳态冷却电流与$N$的二次缩放。随着$N$的进一步增长，比例缩小到线性，因为负责量子提升的跃迁在能量上变得不利。精细调谐的quutrit间相互作用可以用于维持所有$N$的量子提升，并且还用于不完美的集体场景。
2023-02-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Experimental Realization of a Quantum Refrigerator Driven by Indefinite Causal Orders
不确定因果序（ICO）在最近的量子技术中发挥着关键作用。在这里，我们使用核磁共振系统实验研究了ICO驱动的核自旋量子热力学。我们实现了两个热化通道的ICO来展示该机制是如何工作的，并表明工作物质可以被冷却或加热，尽管它与相同温度的储层进行热接触。此外，我们构建了一个单循环的ICO制冷机的麦克斯韦恶魔机制的基础上，并评估其性能，通过测量的功耗和从低温水库提取的热能。与高温库和低温库的温度彼此越接近，性能系数（COP）就越高的经典制冷机不同，ICO制冷机的COP总是被限制为小值，这是由于将辅助量子比特投影到优选子空间的非单位成功概率。为了提高COP，我们提出并实验证明了一个一般框架的基础上的密度矩阵指数（DME）的方法，作为一个扩展的ICO制冷。观察到的COP提高了三倍以上的DME方法。我们的工作为非经典热交换提供了一种新的途径，并为在量子系统上构建量子制冷机铺平了道路。
2022-09-07 quant-ph
Optimal Performance of Quantum Refrigerators
研究了往复式量子制冷机，目的是确定制冷到绝对零度的极限。我们发现，如果工作介质的能谱具有一个不可控的差距，那么有一个最低可达到的温度高于零。这种间隙与可忽略的噪声量相结合，防止了在退磁阶段期间的绝热跟随，这是达到$T_c \to 0$的必要条件。该制冷机基于奥托循环，其中工作介质是具有能隙的相互作用自旋系统。对于这个系统，外部控制哈密顿量与内部相互作用不对易。结果，在操作循环的去磁和磁化段期间，系统不能自动地跟随能级的时间变化。我们将非绝热动力学与量子摩擦联系起来。定义了一个绝热测度来表征哈密顿量的变化率。封闭形式的解决方案被发现为一个常数绝热措施的所有周期段。我们已经确定了一个家庭的量化的无摩擦周期增加的周期时间。这些循环使熵产生最小化。这种无摩擦循环能够冷却至$T_c=0$。控制器上的外部噪音消除了这些无摩擦循环。相位和幅度噪声的影响上的退磁和磁化段显式推导。最佳冷却循环进行了广泛的数值研究表明，在足够低的温度下，噪声总是占主导地位，限制最低温度。
2009-09-08 quant-ph
Reducing thermal noises by quantum refrigerators
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
本文研究利用三能级或四能级系统作为量子制冷机，通过光泵浦降低微波谐振子的热噪声，推导了冷却极限并展示了其在液氦温度以下的可行性。
2025-05-06 physics.atom-ph quant-ph
The quest for absolute zero in presence of external noise
分析了往复式量子制冷机，研究了外部噪声对制冷机性能的限制。特别是，我们专注于冰箱的行为，当它接近绝对零度。冷却循环基于奥托循环，其工作介质由非相互作用的谐振子的系综构成。通过改变哈密顿量中的外部参数来产生压缩段和膨胀段。在这种情况下，谐振子$m ω^2$的力常数从初始值修改为最终值。因此，系统的动能和势能不会交换，从而导致摩擦损失。通过适当地选择调度函数$ω(t)$，可以在无噪声情况下获得无摩擦解。我们研究了冰箱在噪声作用下的性能。通过从绝热极限展开，我们发现外部噪声，高斯相位和振幅噪声，减少了可以提取的热量，但仍然可以接近零温度。
2013-05-22 quant-ph
Optimal refrigerator
研究了一个由两个$n$能级系统通过脉冲外场相互作用组成的冰箱模型。每个系统分别在温度$T_h$和$T_c$（$θ\equiv T_c/T_h<1$）下连接到其自己的热浴。制冷机的功能分为两个步骤：由外场驱动的系统之间的热隔离相互作用和等温弛豫回到平衡。在来自冷浴的热传递功率和效率之间存在互补性：当前者最大化时，后者无效，并且{ \it反之亦然}。通过在两个系统的哈密顿量上优化热功率和效率的乘积，实现了一个合理的折衷。然后发现，除了从上面受到卡诺效率$ζ_{\rm C} = \frac{1}{1-θ}-1$的约束之外，从下面受到$ζ_{\rm CA}=\frac{1}{\sqrt{1-θ}}-1$（Curzon-Ahlborn效率的类似物）的约束。在平衡极限$θ\to 1$中达到下限。对于$\ln n\gg 1$，达到卡诺界限（对于有限功率和有限的每个循环传递的热量）。如果通过假设两个系统的均匀能谱来约束上述最大化，则效率从上面由$ζ_{\rm CA}$限定，并且对于$n\gg 1$收敛于它。
2010-07-25 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Refrigerator
我们认为容错量子计算的上下文中，有没有新的辅助量子位在计算过程中，和噪声是由于一个通用的量子信道。我们发现，有三类嘈杂的渠道：在第一，典型的去极化通道，计算是唯一可能的对数时间。在第二类中，以失相通道为例，可以进行多项式时间的计算。振幅阻尼通道是第三类的一个例子，对于这类通道，可以计算可用量子位数的指数时间。
2013-01-09 quant-ph
Unlocking inaccessible performance of the quantum refrigerator with catalysts
Xiamen University（厦门大学）
本文通过引入催化剂，提升了量子制冷机的性能，使其超越奥托界限并进入原本无法达到的频率和温度范围。
2025-11-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Coherences and the thermodynamic uncertainty relation: Insights from quantum absorption refrigerators
热力学的不确定性关系，最初推导出经典的马尔可夫跳跃过程，提供了一个权衡精度和耗散之间的关系，加深了我们对量子热机的性能的理解。在这里，我们研究的相互作用的量子系统相干性和热流涨落的有效性的热力学不确定性关系的量子制度。为了实现当前的统计，我们执行Redfield量子主方程的全计数统计模拟。我们重点研究稳态量子吸收制冷机，与非相干极限相比，本征态之间的非零相干可以抑制或增强制冷能力。在这两种情况下，我们发现增强的相对噪声的冷却功率（标准偏差的平均功率）的存在下，系统的一致性，从而证实了热力学的不确定性关系。我们的研究结果表明，在评估量子相干热机的性能时，需要考虑波动。
2020-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Bench-top Cooling of a Microwave Mode using an Optically Pumped Spin Refrigerator
我们的实验表明，在1.45 GHz的微波模式，通过其与自旋极化的三重态掺杂的p-terphenyl晶体内的光激发并五苯分子在室温下的相互作用的热光子的临时删除。晶体的电磁功能作为一个窄带低温负载，通过受激吸收从其他室温模式中去除光子。微波模式的噪声温度下降到$50^{+18}_{-32}$ K（通过噪声功率测量直接推断），而包围该模式的腔体的金属壁保持在室温。基于与微波激射器相同的系统行为的模拟（可以更精确地表征）表明，该模式的温度可能下降到$\sim$ 10 K（对应于$\sim$ 140个微波光子）。这些观察结果与工程改进相结合，以加深冷却，确定该系统是一个窄带但非常方便的平台-没有低温，真空室和强磁体-用于实现低噪声探测器，量子存储器和量子增强机器（如热机）基于微波频率下的强自旋光子耦合和纠缠。
2021-06-05 quant-ph
Quantum-enhanced absorption refrigerators
热力学是一门科学，它具有无与伦比的普遍性和形式简单性。基于几个自然假设和四大定律，它在物质的宏观聚集体中设定了可能和不可能之间的界限。在过去的两个世纪里，这引发了物理学，化学和工程学的突破性成就。这些基本定律的密切类似物现在正在单个量子系统的水平上建立，从而限制了量子力学设备的操作。在这里，我们研究量子吸收制冷机，它是由热驱动，而不是外部工作。我们建立这些机器的热力学性能界限，并调查他们的量子起源。我们还展示了如何将这些界限推到经典可实现的范围之外，通过量子水库工程技术适当地调整环境波动。这种超高效的量子增强冷却实现了自主量子冰箱技术开发的有希望的一步。
2014-02-05 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Fundamental limits for cooling of linear quantum refrigerators
研究了任意线性量子开放系统在周期驱动下与一般玻色子库耦合时的渐近动力学。我们得到的热量流入网络，这是有效的超越通常的弱耦合或马尔可夫近似的精确结果。我们证明了热力学动力学第三定律（能斯特不可达性原理）的有效性，表明冷却的最终极限是由一个基本的加热机制，在低温下成为主导：非共振创建的激励对诱导的驱动场的水库。这种量子效应在弱耦合近似中被忽略了，它恢复了其有效性最近受到挑战的不可达性原理。
2016-07-14 cond-mat.other quant-ph
A kilometer photonic link connecting superconducting circuits in two dilution refrigerators
针对超导量子处理器扩展受制冷机限制的问题，研究团队利用一对氮化铝电光转换器和1公里光纤，首次实现两台独立稀释制冷机中超导电路的相干信号传输，转换效率较商用器件提升80 dB，为可扩展超导量子网络提供关键设计指导。
2025-08-04 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Stabilization of Kerr-cat qubits with quantum circuit refrigerator
本文研究使用量子电路制冷机（QCR）稳定易受纯退相干影响的 Kerr-cat 量子比特，通过调节偏置电压改变退激发速率，并利用量子干涉抑制比特翻转，从而保持其长寿命。
2025-02-01 quant-ph
Quantum refrigeration powered by noise in a superconducting circuit
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出一种新型量子热机，利用噪声辅助的量子输运为稳态制冷机供能，通过超导人工分子与微波波导的对称性选择性耦合，实现热机在不同温度热库间的热流控制。
2024-03-05 quant-ph
Transient effects in quantum refrigerators with finite environments
该研究聚焦三比特量子制冷机的瞬态冷却，通过替换有限尺寸自旋环境实现更优冷却效果，推导非马尔可夫动力学方程并提出非马尔可夫性见证量，同时分析了噪声对制冷的影响阈值。
2025-01-13 quant-ph
Revealing the fuel of a quantum continuous measurement-based refrigerator
Université de Lorraine（洛林大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Nordita（北欧理论天体物理学研究所）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Institute for Quantum Studies, Chapman University（查普曼大学量子研究学院）；Chapman University（查普曼大学）；University of Rochester（罗切斯特大学）；Department of Applied Physics, University of Geneva（日内瓦大学应用物理系）
本文揭示了量子连续测量制冷机的能量来源，通过分析热能与功能驱动模式的热力学效率权衡，为量子系统能量优化提供了新视角。
2026-02-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Certifying quantum enhancements in thermal machines beyond the Thermodynamic Uncertainty Relation
本研究通过比较使用相同热力学资源的经典机器，证明在温和条件下，稳态量子热机中由扰动诱导的相干性可带来真正热力学优势，但噪声诱导相干性则无此优势，并以三个典型模型为例说明。
2025-09-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Noise-induced quantum-circuit refrigeration
该研究利用连接 QCR 的微波谐振器与 transmon 测量装置，证明失谐人工热噪声可阻尼相干态并将热态有效温度从约300 mK降至130 mK，为纯热驱动量子电路制冷奠定基础。
2024-12-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Geometric Bounds on the Power of Adiabatic Thermal Machines
我们分析了在两个温差较小的热浴之间运行的缓慢驱动的中、微尺度制冷机和热机的性能。使用一般的缩放参数，我们表明，这样的设备可以任意接近他们的卡诺极限，只有当浴之间的热泄漏被完全抑制。然后，它们的功率输出受到一个普遍的几何约束，在卡诺极限下二次衰减到零。如果适当地优化驱动方案，并且浴槽之间的温差随着驱动频率趋于零，则该界限可以在准静态极限中渐近饱和。这些结果在一般的条件下，允许一个定义良好的绝热反应制度和广义Onsager对称性的任何物理一致的动力学。为了说明，我们制定了量子位冰箱和作为冷却设备的相干电荷泵的模型。
2022-02-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Continuous Measurement Boosted Adiabatic Quantum Thermal Machines
我们提出了一个统一的方法来研究基于连续测量的量子热机在静态以及气动驱动系统。我们调查稳态和瞬态动力学的时间无关的情况下。在热力学驱动的情况下，我们展示了如何测量为基础的热力学量可以归因于几何特征。我们还提供了适当的定义，由于连续测量的存在和不存在绝热驱动的热传递和耗散。我们说明了上述的想法，并在两个不同的范例中研究制冷现象：一个耦合的量子点和一个耦合的量子比特系统，都经历连续测量和缓慢驱动。在与时间无关的情况下，我们证明了量子相干性可以提高基于测量的量子制冷机的制冷能力。专门为耦合量子位的情况下，我们考虑线性以及非线性系统浴耦合。我们观察到，非线性耦合产生冷却效果，在某些制度，否则加热预期。在绝热驱动的情况下，我们观察到量子测量可以显著提高绝热量子制冷机的功率。我们还观察到，由于个体效应，所获得的提升可以大于功率之和。基于测量的制冷机在驱动情况下可以具有与其中热提取最大的状态下的静态制冷机相比类似或更好的性能系数（COP）。我们的研究结果具有潜在的意义，在未来的应用范围从基于测量的量子热机的量子处理网络中的制冷设备。
2022-08-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Finite Temperature Dynamics of Spin Solitons with Applications in Thermocouples and Refrigerators
本文研究亚铁磁畴壁在热梯度下的有限温度动力学，揭示自旋Berry相位机制在自旋热电中的应用，提出畴壁运动新解释并验证高效磁振子动量转移。
2023-04-13 cond-mat.other physics.app-ph quant-ph
Heat-machine control by quantum-state preparation: from quantum engines to refrigerators
我们探讨了热机和制冷机的性能界限对初始量子态的依赖性和随后的演变，他们的活塞，由一个量子化的谐振子建模。我们的目标是提供一个完全量子化的治疗自含（自主）热机器，而不是他们的流行的半经典描述，包括一个量子系统交替耦合到一个热或冷的热浴，并参数驱动的经典时间相关的活塞或字段。相比之下，这里没有外部时间相关驱动。相反，演化是由两个热浴（具有不同的光谱和温度）与一个单独的两能级系统的静态同时相互作用引起的，该系统又耦合到量子活塞。我们提出的完全量子化的处理，使我们能够调查的工具，量子光放大器和耗散理论的工作提取和制冷，特别是通过分析放大或耗散的相平面准概率分布。我们的主要见解是，量子态可能是热力学资源，可以提供一个强大的处理，或控制，对热机的效率。特别地，在相干状态中初始化的活塞可以使发动机以高于线性放大机制中的卡诺界限的效率产生功。在制冷状态下，如果活塞初始化在Fock状态，则性能系数可以越过卡诺界限。活塞可以通过振动模式实现，如在纳米机械设置中，或者通过电磁场模式实现，如在基于腔的场景中。
2015-01-31 quant-ph
Complexity of Local Quantum Circuits under Nonunital Noise
该研究证明在非幺正噪声下，几何局部量子电路无需中途测量即可纠错并扩展到任意深度，仅需多对数开销，从而表明弱非幺正噪声下的局部量子动力学具有计算通用性且难以模拟。
2024-11-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic and Quantum Thermodynamics of Driven RLC Networks
我们开发了一个一般的随机RLC电网络的热力学建立在工程师常用的动态图形理论表示的顶部。该网络是：开路，因为它包含电阻器以及电流和电压源;非等温，因为电阻器可能处于不同的温度;以及驱动，因为电路元件可能受到外部参数驱动。正确描述每个电阻器中的散热量需要在白噪声理想化范围内谨慎，因为它取决于网络拓扑结构。我们的理论提供了设计基于电路的热机的基础，我们通过使用简单的驱动电路设计冰箱来说明。我们还得到精确的结果，在低温制度中，必须考虑到的量子性质的电噪声。我们这样做，使用半经典的方法，可以证明，以符合一个完全量子处理的线性电路的正则量子化是可能的。我们用它来推广的Landauer-Buttiker公式的能量流到任意时间相关的驱动协议。
2020-05-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Engineered two-photon dissipative confinement of a Kerr-cat qubit using SISIS quantum circuit refrigerator
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；Grenoble INP（格勒诺布尔理工学院）；IRIG（研究信息与影像研究所）；PHELIQS（量子物理与化学研究所）；Institute for Solid State Physics, the University of Tokyo（东京大学固体物理研究所）；Department of Physics, Graduate School of Science, Tokyo University of Science（东京理科大学理学研究科物理学系）；Research Institute for Science and Technology, Tokyo University of Science（东京理科大学理工研究院）
本文提出一种基于SISIS结的量子电路制冷器，通过双光子吸收抑制Kerr-cat量子比特的退相干泄漏，同时减少相位翻转错误，为量子信息处理提供有效方法。
2026-09-11 quant-ph
From quantum heat engines to laser cooling: Floquet theory beyond the Born-Markov approximation
我们结合形式主义的Floquet理论和充分的计数统计与马尔可夫嵌入策略访问的动力学和热力学的周期性驱动的热机超出传统的Born-Markov近似。工作介质是一个两能级系统，我们驱动隧道以及耦合到一个浴相同的周期。我们确定四个不同的操作制度，我们的机器，其中包括一个热机和制冷机。随着耦合强度的增加，制冷机区消失，热机区变窄，效率和性能系数降低。此外，我们的模型可以重现激光冷却的囚禁离子在特定的参数限制的设置。
2018-06-15 quant-ph
Driven quantum harmonic oscillators: A working medium for thermal machines
量子热力学的研究是量子热机发展的关键。与大多数基于离散冲程的先前建议相反，在这里，我们考虑永久耦合到不同温度下的两个或更多个浴并连续驱动的工作物质。为此，我们研究参数驱动的量子谐振子耦合到热浴通过碰撞模型。利用一个热力学一致的局部主方程，导出了可作为发动机、制冷机或加速器工作的工作装置的热流和功率，并分析了瞬时和平均效率及性能系数。研究了系统的慢速和快速驱动的机制，我们发现，增加驱动频率可以导致制冷器功能的改变。最后，我们调查的影响，挤压的热浴之一：它导致一个明显的更高的效率相比，相应的卡诺值的平衡浴具有相同的温度和持续纠缠的工作物质振荡器之间的极限环。
2022-02-08 cond-mat.stat-mech quant-ph
Kinetic Inductance Traveling Wave Amplifiers For Multiplexed Qubit Readout
描述了一种适用于超导量子信息测量的动力学电感行波放大器，并对其宽带散射和噪声特性进行了表征。我们使用机械微波开关校准放大器的四个散射参数的设备输入和输出连接器在稀释冰箱的基础温度和可调温度负载表征放大器的噪声。最后，我们展示了两个超导transmon量子比特的高保真同时色散读出。KIT放大器提供了两个读出音调的低噪声放大，读出精度为83%和89%，对量子比特寿命和相干性的影响可以忽略不计。
2018-11-27 quant-ph
Remote Entanglement of Superconducting Qubits via Solid-State Spin Quantum Memories
远程超导系统之间的量子通信正在被深入研究，以增加集成的超导量子比特的数量并实现分布式量子计算机。由于光学光子必须用于稀释制冷机外部的通信，因此已经广泛研究了微波光子到光学光子的直接转换。然而，直接转换方法存在增加的光子噪声、由于强光泵而产生的加热以及对大协同性的要求。相反，对于超导量子比特之间的量子通信，我们提出了一种使用固态自旋量子存储器的纠缠分布方案，该存储器作为微波和光子的接口。与使用高功率光泵的方案相比，量子存储器使量子通信在冰箱内部没有显著的加热。此外，引入量子存储器自然使使用多个存储器的纠缠和并行化成为可能。
2022-03-07 physics.app-ph quant-ph
Classical emulation of quantum-coherent thermal machines
在各种型号的连续量子热机中观察到的性能增强已经与优选基础上的内聚性的建立相关联。但是，这种联系总是“量子热力学至上”的证据吗？通过举例说明，我们证明情况并非如此。特别是，我们比较了功率驱动的三能级连续量子制冷机与四能级联合循环，部分由功率驱动，部分由热量驱动。我们专注于弱驱动制度，并发现四能级模型是优越的，因为它可以在参数制度中，三能级模型不能，它可能会表现出更大的冷却速率，同时，更好的性能系数。此外，我们发现冷却速率的提高与稳态量子相干性的增加完全匹配。至关重要的是，虽然，我们也表明，这两种模型的热力学变量遵循基于图论的经典表示。这意味着我们可以建立具有相同稳态操作的非相干随机热力学模型，或者等效地，可以经典地模拟两种相干冰箱。更一般地说，我们证明了任何N级弱驱动设备的“循环”模式的过渡。因此，即使相干性存在于特定的量子热机中，复制潜在的能量转换过程通常也不是必需的。
2019-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech math-ph
Elimination of Thermomechanical Noise in Piezoelectric Optomechanical Crystals
机械模式是量子信息应用（诸如量子级波长换能器）的潜在有用资源，这是由于它们能够与跨频谱的电磁辐射相互作用。波长传感器面临的一个重大挑战是机械模式下的热机械噪声，这会使转换信号受到热状态的污染。在本文中，我们消除热机械噪声的GHz频率机械呼吸模式的压电光机械晶体使用低温冷却稀释制冷机。我们光学测量的平均热占有率的机械模式，只有$0.7\pm0.4 ~ \mathrm{phonons}$，提供了一个低噪声微波到光转换的量子制度的路径。
2019-06-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optimal Efficiency of a Noisy Quantum Heat Engine
在本文中，我们使用最优控制来最大化在存在外部噪声的情况下执行奥托循环的量子热机的效率。我们优化了发动机的振幅和相位噪声性能。在相位阻尼的情况下，我们还表明，理想的性能的无噪声发动机可以检索在绝热（长时间）的限制。这里获得的结果在寻求绝对零度时是有用的，量子制冷机的设计可以将物理系统冷却到尽可能低的温度。它们也可以应用于最优控制的经典谐振子共享相同的时间依赖的频率和类似的噪声机制的集合。最后，我们的方法可用于其他有趣的热力学过程的优化。
2014-06-28 math.OC quant-ph
Electron Thermometry
本文介绍了使用库仑阻塞温度计测量量子电子器件中电子温度的方法，并利用QDevil的QFilter在18 mK稀释制冷机基准温度下测得28 ± 2 mK的电子温度。
2024-03-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Operational modes of a Raman-coupled two-qubit quantum thermal machine
National University of Engineering（秘鲁国立工程学院）；Federal University of Lavras（拉夫拉斯联邦大学）
本文研究了基于拉曼耦合双量子比特的量子热机在不同热力学循环中的操作模式，揭示了频率调制对热机性能和效率的影响。
2026-01-06 quant-ph
Non-equilibrium quantum heat machines
标准的热机（发动机、热泵、制冷机）由一个系统（“工作流体”）组成，该系统耦合到至少两个不同温度的平衡浴，并由外部设备（活塞或转子）周期性地驱动，有时称为工作储存器。本文的目的是超越这一计划，考虑环境是固定的，但不能分解成几个浴在热平衡。这种情况是重要的，例如在太阳能电池、生物学中的化学机器、激光冷却的各种实现或由激光辐射驱动的纳米机器中。我们分类非平衡浴根据其热力学行为，并表明，在其影响下运行的热机的效率是有限的广义卡诺约束。
2015-07-07 quant-ph
How much can we cool a quantum oscillator? A useful analogy to understand laser cooling as a thermodynamical process
我们分析了一个机械振荡器（代表，例如，一个单一的被困离子的运动），这是一个驱动的量子制冷机耦合的最低可实现的温度。制冷机是由一个参数驱动的系统（我们也认为是一个单一的振荡器在最简单的情况下），这是耦合到一个水库的能量转储。我们表明，冷却的振荡器（可以实现由于其声子激发到环境中的共振运输）总是停止由一个基本的加热过程，总是占主导地位，在足够低的温度。这个过程可以描述为激发对的非共振产生。这一结果与最近的一项研究非常相似，该研究表明，电子对的产生是加强热力学第三定律动力学版本有效性的原因（Phys.Rev.E95，012146）。有趣的是，我们与我们的模型通常用于描述激光冷却的一个单一的被困离子和重新获得正确的极限温度的限制解决和非解决边带。我们的研究结果（这也有助于估计在各种其他情况下可以达到的最低温度）表明，激光冷却的限制也可以与非共振对生产。事实上，正如我们所示，这是这样的：当从运动到电磁环境的激发的共振传输引起的冷却跃迁被声子-光子对的产生引起的加热跃迁所补偿时，激光冷却的极限温度就达到了。
2017-10-31 quant-ph
Statistics of the quantized microwave electromagnetic field in mesoscopic elements at low temperature
介观元素中电磁场的量子行为与电荷的量子化密切相关。为了探测这些元素中场的非经典方面，必须将热噪声降低到量子水平，即kT < hν的尺度。这在用于几GHz频率的稀释制冷器中（即在微波域中）容易实现。最近的几个实验强调了在简单的介观元件如隧道结中离散电荷传输和离散光子发射之间的联系。光计数统计推断从测量连续变量，如领域的正交。
2018-04-28 quant-ph
Laser cooling of a micromechanical membrane to the quantum backaction limit
光的辐射压力可以起到阻尼和冷却机械谐振器的振动运动的作用。在理解这种冷却的量子极限时，必须考虑散粒噪声波动对最终热占据的影响。在腔中的光机械边带冷却中，由腔线宽结合散粒噪声波动定义的有限斯托克斯拉曼散射决定了量子反作用极限，类似于原子激光冷却的多普勒极限。在我们的工作中，我们边带冷却到量子反作用极限，通过使用微机械膜预冷在稀释冰箱。监测光学边带允许我们直接观察机械物体与光浴达到热平衡。
2015-10-13 physics.optics quant-ph
Low Noise Opto-Electro-Mechanical Modulator for RF-to-Optical Transduction in Quantum Communications
本研究提出一种用于量子通信射频-光转换的低噪声光电机械调制器，通过超相干纳米膜谐振器与微加工读出的射频电路耦合实现，测得室温下Q因子超10⁶，其氮化钛层可超导化以开发高效量子转换器。
2023-07-24 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Magneto Optical Sensing beyond the Shot Noise Limit
磁光传感器，包括自旋噪声光谱和磁光克尔效应显微镜，现在无处不在的工具，材料表征，可以提供新的理解自旋动力学，超精细相互作用，自旋轨道相互作用，和电荷载流子g因子。干涉测量和强度差测量都可以提供光子散粒噪声限制的灵敏度，但使用经典资源进一步提高灵敏度需要增加激光功率，这可能会引起不必要的加热和电子扰动，或者增加测量时间，这可能会掩盖失衡动态并从根本上降低实验吞吐量。原理验证测量已经证明了具有压缩读出场的量子增强自旋噪声测量，这可能对低温下出现的量子材料中自旋激发的非微扰表征至关重要。在这里，我们提出了一个截断的非线性干涉读出低温磁光克尔效应测量，是与今天的量子光学资源。我们表明，10 $\text{nrad}/\sqrt{\text{Hz}}$的灵敏度是可实现的光功率小至1 $μ$ W，使一个现实的$T$ = 83 mK可以保持在市售的稀释冰箱。即使在大损耗和小压缩参数的限制下，所提出的测量的量子优势仍然存在。
2021-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Cavity Attenuators for Superconducting Qubits
在电路QED结构中，由读出腔中的剩余热光子引起的退相是限制量子比特相干时间的主要因素。这种数量级为$10^{-1}$ - $10^{-3}$的残余热粒子数被怀疑是由从谐振器的输入和输出端口撞击谐振器的噪声引起的。为了解决这个问题，我们设计并测试了一种新型的带通微波衰减器，它由一个耗散腔以及热化到混合室阶段的稀释制冷机。通过将这样的腔衰减器与容纳transmon量子比特的3D超导腔串联，我们已经可重复地测量了增加的量子比特相干时间。在基础温度下，通过哈恩回波实验，我们测量了两个量子比特在多个冷却时间内的$T_{2\mathrm{e}}/2T_1 = 1.0\,({+0.0}/{-0.1})$。通过噪声诱导的退相测量，我们得到了读出腔基模剩余光子布居的上界$2\times 10^{-4}$，据我们所知，这是迄今为止报道的最低值。这些结果验证了保护量子比特免受光子噪声影响的有效方法，该方法可以发展成为量子线路实验的标准技术。
2018-07-12 quant-ph
Engineering the microwave to infrared noise photon flux for superconducting quantum systems
电磁滤波对于毫开尔文温度下超导量子线路的相干控制、操作和读出是必不可少的。在几GHz的过渡频率附近抑制杂散模式是很好理解的，主要通过片上和封装考虑来实现。更高频率的噪声光子--超过对断裂能量--会引起退相干，在到达封装的量子芯片之前需要进行光谱工程。外部电线进入冰箱并向下进入量子线路，为这些光子提供了一条直接的路径。本文对同轴滤波布线中噪声光子流进行了定量分析和实验研究。在室温下的同轴电缆的衰减和噪声光子通量估计典型的布线配置。紧凑的低温微波低通滤波器与CR-110和Esorb-230吸收介质填充物的实验数据，在室温和低温温度高达70 GHz。1至10 GHz之间的滤波器截止频率由滤波器长度设置，滚降取决于材料。测量了Esorb-230材料在75至110 GHz的成对破坏频率范围内的相对介电常数和磁导率，并计算了该频率范围内的滤波器特性。由于过滤器的噪声光子通量的估计戏剧性的抑制证明了它的有用性与超导量子系统的实验。
2022-01-19 physics.app-ph quant-ph
Ground-state Pulsed Cavity Electro-optics for Microwave-to-optical Conversion
在量子微波-光学（MO）转换器的发展中，参量光学驱动器引起的过度噪声在毫开尔文温度下仍然是一个主要挑战。本文研究了在强脉冲光激励下，量子基态的电光转换器中的外来噪声。集成电光换能器利用氮化铝微环固有的普克尔斯效应，倒装芯片键合到超导谐振器。应用峰值功率超过稀释制冷机在其基础温度下的冷却功率的脉冲光学驱动器，我们观察到高效的双向MO转换，具有近基态微波热激发（$\bar{n}_\mathrm{e}=0.09\pm0.06$）。时间演化研究表明，剩余热激发主要是由超导体对芯片-光纤界面散射光的吸收所决定的。我们的研究结果为抑制强光驱动下腔电光系统中的微波噪声提供了理论依据，这是实现微波与光频之间量子态转换的重要一步。
2020-10-22 physics.app-ph quant-ph
