Quantum heat engines and refrigerators: Continuous devices
量子热力学对量子热机和制冷机提供了一致的描述，直到耦合到环境的单个几级系统的水平。一旦环境被分为三个;热，冷和工作水库热机可以操作。该器件将正增益转换为功率;其中增益是从器件组件之间的粒子数反转获得的。反向操作将设备转变为量子冰箱。量子三轮车，一个由三个外部引线连接到三个热源的设备，被用作发动机和冰箱的模板。由第一性原理导出了热流和功率的运动方程。只有装置与储液器的耦合的整体描述才符合热力学第一和第二热力学定律。优化的设备导致一组平衡的参数，其中耦合到三个水库是相同的顺序和外部驱动场是共振。在分析冰箱时，要特别注意热力学第三定律的动力学版本。当接近绝对零度时，冷却速率的界限通过优化冷却电流来获得。在低温下，所有的冰箱都表现出普遍的特性。第三定律的动力学版本对系统施加的限制进行了研究。
2013-10-02 quant-ph
Short Time Cycles of Purely Quantum Refrigerators
研究了没有经典模拟的四冲程奥托制冷循环。相对于工作介质的内部时间尺度而言，这些制冷机的特点是循环时间极短。因此，这些周期被称为突然的。突变环的特征是稳定的极限环，它是全局循环传播子的不变量。在其操作期间，工作介质的状态具有显著的一致性，由于分配的时间非常短，该一致性在平衡段中不会被擦除。该特性反映在工作介质的能量熵和冯诺伊曼熵之间的差异中。一个分类计划突然冰箱允许简单的近似的冷却功率和性能系数的开发。
2012-04-18 quant-ph
Phonon-blocked junction refrigerators for cryogenic quantum devices
制冷是量子技术的重要推动力。在量子技术设备和系统中通常使用的基本激发的非常低的能量需要远低于1 K的温度。昂贵的低温恒温器用于达到低于1 K的状态，固态冷却解决方案将彻底改变该领域。基于声子阻挡的超导体-超导体结的新型电子微冷却器可以为这种小型化提供一条可行的途径。在这里，我们调查这些结冰箱的性能限制。
2022-09-13 quant-ph
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
Small quantum absorption refrigerator in the transient regime: time scales, enhanced cooling and entanglement
本文讨论了一个由三个量子比特组成的小型量子吸收制冷机的瞬态特性。我们讨论了相干动力学，阻尼，并接近稳定状态的时间尺度，我们研究冷却和纠缠。我们观察到，冷却可以增强在瞬态政权，在这个意义上说，可以实现较低的温度相比，稳态政权。这是相干动力学的结果，但即使当这种动力学被耗散热环境强烈阻尼时也可能发生，并且我们注意到，不需要精确控制耦合或定时来实现增强的冷却。我们还表明，在冰箱中存在的纠缠量可以更大的瞬态政权相比，稳态。这些结果与量子热机的未来实现有关。
2015-12-02 quant-ph
Quantum and classical dynamics of a three-mode absorption refrigerator
研究了三个谐振模通过三线性哈密顿量相互作用系统的量子和经典演化。该模型以不同温度下的热态为例，描述了吸收式制冷机的工作原理，即利用高温工质库提供的自由能，将冷环境中的能量转移到热环境中。受最近的实验实现与被困离子的启发，我们阐明的耦合哈密顿量的冰箱性能相关的关键功能。相干系统动力学表现出快速有效的平衡模式的能量和相关性，以及在短时间内的冷却性能的瞬态增强。我们发现，这些功能可以完全重现在一个经典的框架。
2017-12-06 quant-ph
The Quantum Refrigerator: The quest for absolute zero
往复式量子制冷机的最佳冷却功率的缩放被寻求为作为冷浴温度的函数的$T_c \to 0$。工作介质由处于谐振势中的不相互作用的粒子组成。两个封闭形式的解决方案的制冷循环进行了分析，并进行了比较，数值优化方案，侧重于冷却到零温度。最佳循环的特征在于从冷浴中提取的热量、工作介质的能级间距和温度之间的线性关系。最佳冷却速率的缩放被发现是成正比的$T_c^{3/2}$给出热力学第三定律的动力学解释。
2008-08-04 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
A small quantum absorption refrigerator with reversed couplings
小型量子吸收制冷机最近重新引起了人们的注意。在这里，我们提出了一个缺失的双量子位冰箱设计，其主要特点是两个机器量子位之一本身保持在比冷水浴更冷的温度下。与以前的设计相比，这是通过将联接器与浴槽“颠倒”来实现的，在以前的设计中，只有过渡保持冷。我们表征的工作制度和冰箱的效率。我们证明了该模型的合理性，推导和求解主方程。最后，我们讨论了冰箱的性能，特别是从冷水浴中提取的热流。我们表明，我们的模型表现出对标准三能级量子冰箱的依赖性，因此似乎对纳米热机的可能实现有吸引力。
2015-04-14 quant-ph
Necessarily transient quantum refrigerator
我们表明，可以构建一个量子吸收制冷机，提供制冷只在瞬态制度，通过使用三个相互作用的量子位，其中每个也与本地热浴相互作用。机器在稳定状态下不提供冷却，或者在长时间之后达到稳定状态。我们提出了一个规范形式的量子位浴相互作用参数，产生瞬态冷却没有稳态冷却，并声称这种现象是通用的小规模量子吸收制冷机。我们还表明，它是一般可能有快速冷却。我们证明了我们的结果为两个独立的模型的热化，并表明，瞬态冷却没有稳态冷却与生成的可忽略不计，或没有二分量子相关。对于其中一个热化模型，我们发现冷藏量子位的最低可实现温度几乎可以保持冻结，即，不变，对于参数空间的重要区域。
2018-02-10 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
Nonequilibrium quantum absorption refrigerator
研究了一种量子吸收制冷机，其中一个目标量子比特被两个处于非平衡稳态的机器量子比特冷却。它是通过两个量子比特冰箱中的强内部耦合和整个系统之间的三方相互作用的消失来实现的。研究了\emph{machine virtual qubit}的相干性作为冰箱的量子性。制冷的必要条件表明，量子相干性对非平衡制冷机是有利的，但对制冷机的最大制冷系数（COP）和最大功率下的COP是不利的。在这里，COP仅根据三方相互作用引起的热流来定义，其中维持两个量子比特非平衡态的一个被排除在外。后者可以被认为没有直接参与从目标中提取热量，因为它不受三方相互作用的影响。
2018-06-05 quant-ph
Quantum refrigerator driven by current noise
我们提出了一个由三个rf-SQUID量子比特，或者说是磁通偏置相位量子比特组成的自包含量子冰箱系统的实现方案。这三个量子比特分别扮演着目标、制冷机和热机的角色。我们通过施加不同强度的外部电流噪声，为三个量子比特提供不同的有效温度。有效温度的差异引起自由能的流动，并驱动制冷系统冷却目标。我们还表明，系统的效率接近卡诺效率。
2011-04-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Active Initialization Experiment of Superconducting Qubit Using Quantum-circuit Refrigerator
本文提出使用量子电路制冷器加速超导量子比特初始化，将99%初始化时间从280纳秒降至180纳秒，并指出优化QCR电阻和耦合可进一步提升速度。
2023-06-16 quant-ph
Thermodynamics of one and two-qubit quantum refrigerators interacting with squeezed baths: a comparative study
本文比较研究单、双量子比特冰箱在压缩热库中的非平衡制冷性能，发现压缩参数与量子比特数显著影响制冷效果，且双量子比特方案在相同条件下更优。
2023-06-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Tunable refrigerator for non-linear quantum electric circuits
新兴的量子技术应用要求快速准确地将相应的器件初始化到低熵量子态。为此，我们从理论上研究了最近证明的量子电路制冷机的情况下，非线性量子电路，如超导量子比特。观察到transmon和flux量子比特的最大制冷率比通常的线性谐振器高出大约一个数量级，增加了设计的灵活性。我们发现，对于典型的实验参数，冰箱适合在几纳秒或几十纳秒内将不同的量子比特类型重置为99.99%以上的量子数。因此，冰箱似乎是量子技术和开放量子系统的详细研究的一个有前途的工具。
2020-06-16 cond-mat.mes-hall 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
Optimal Performance of an Asymmetric Quantum Harmonic Otto Engine and Refrigerator
研究含时谐振子非对称量子Otto循环，利用Omega函数解析推导其效率与性能系数，发现突然压缩时性能优于突然膨胀，且Omega函数最大值处效率超过最大功效率。
2025-03-05 quant-ph
Quantum Engines and Refrigerators
本文全面综述了量子引擎与制冷机这一活跃领域的最新理论方案与实验实现，探讨了微观尺度下的量子涨落、非热资源、强耦合及非马尔可夫现象等量子效应对能量转换的影响。
2024-11-16 quant-ph
Performance bounds of non-adiabatic quantum harmonic Otto engine and refrigerator under a squeezed thermal reservoir
我们分析了量子奥托循环的性能，采用含时谐振子作为工作流体经历突然膨胀和压缩冲程在绝热阶段，耦合到压缩水库。首先，我们表明，我们的发动机可以达到的最大效率只有1/2，这与早期的研究声称单位效率下挤压水库的影响。然后，我们得到解析表达式的上限上的效率以及奥托循环的性能系数。所得到的边界是独立的参数的系统，并仅取决于水库参数。此外，对于热挤压热池，我们得到了满足上界的最大功效率的解析表达式。此外，在存在挤压的冷水库，我们指定的奥托制冷机，否则禁止在标准情况下的操作制度。
2020-06-29 quant-ph
Quantum Ising Spin-Glass Otto Engine
本文研究以量子伊辛自旋玻璃为工质的奥托引擎，发现临界点附近热机功输出与性能及制冷机效率均呈现超线性标度，表明无序和阻挫可显著提升量子热力学器件性能。
2024-05-06 quant-ph
The smallest absorption refrigerator: the thermodynamics of a system with quantum local detailed balance
在重复作用框架下研究了量子系统与不同浴槽相互作用的热力学。在适当的限制下，演化采取Lindblad形式，相应的热力学量由整个系统加上浴的状态决定。我们确定的条件下，开放系统的热力学可以描述的系统属性，并找到一个量子局部细致平衡条件相对于一个平衡态，可能不是吉布斯状态。在[N. Linden，S. Popescu和P. Skrzypczyk，Phys. Rev. Lett. $ {\bf 105}$，130401（2010）]是这种系统的一个例子。从一个重复的相互作用微观模型，我们推导出的林德布拉德方程，描述其动力学和讨论其热力学性质的量子比特之间的内部耦合的任意值。我们发现，需要外部功率（与内部耦合强度成比例）才能使系统达到稳定状态，但一旦达到稳定状态，它就会如[N]中所讨论的那样自主工作。Linden，S. Popescu和P. Skrzypczyk，Phys. Rev. Lett. ${\bf 105}$，130401（2010）]。
2017-09-30 quant-ph
A Cooper-Pair Box Coupled to Two Resonators: An Architecture for a Quantum Refrigerator
超导电路为实现量子制冷机提供了一个很有前途的平台。基于此，我们制作了一个门控的库珀对盒，电容耦合到两个不同频率的超导共面波导谐振器，并进行了光谱分析。我们实验证明了一个电荷量子比特到两个超导谐振器的强耦合，具有在GHz频率下对量子比特进行电压驱动的能力。我们继续讨论如何将测量设备修改为循环量子制冷机，通过用普通金属电阻器作为热浴来终止谐振器。
2022-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooling condition for multilevel quantum absorption refrigerators
量子吸收制冷机的模型是探索量子热力学概念和发展方法的试验台。在这里，我们离开最小的，理想的设计，并考虑一个通用的多层次模型的量子吸收制冷机，这可能会受到有损过程。基于全计数统计方法，我们推导出一个正式的制冷条件的冰箱，这可以是可行的分析和数值评估。我们将我们的方法应用于一个三能级的量子吸收式制冷机模型，该模型具有不同形式的非理想性（热泄漏，不同冷却路径之间的竞争），并研究了不同设计的冷却电流。这项研究有助于确定不完美的热机器的冷却窗口。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Coherence-assisted single-shot cooling by quantum absorption refrigerators
近年来，热力学向量子领域的扩展受到了广泛的关注。当前研究的一个主要目标是找到可以通过量子力学效应增强的热力学任务。考虑到这一目标，我们探索了由三个量子位组成的吸收式制冷机的有限时间动力学。这种有限时间冷却的目的是尽可能快地达到低温，随后提取冷粒子以将其用于信息处理目的。我们表明，量子动力学固有的相干振荡可以被利用来达到比稳态更冷的温度，其数量级更少，从而提供了一个快速的低熵量子比特源。这种效应表明，量子热机可以超越经典热机，让人想起其他领域的量子优势，并适用于广泛的技术重要场景。
2015-12-09 quant-ph
Mpemba effect in self-contained quantum refrigerators: Accelerated cooling
Harish-Chandra Research Institute, A CI of Homi Bhabha National Institute（哈拉·昌德拉研究所，霍米·巴巴国立学院成员）
该研究在自包含量子制冷机中观察到量子迈普马效应，通过特定的幺正操作加速冷qubit的冷却过程。
2026-02-17 quant-ph
Multi-spin counter-diabatic driving in many-body quantum Otto refrigerators
量子制冷机将热量从冷的储液器泵送到热的储液器。在少数粒子制度，反非绝热（CD）驱动，原本绝热，功交换冲程是一个很有前途的候选人，以克服瓶颈消失的冷却功率。在这里，我们提出了一个有限时间多体量子制冷机，产生有限的冷却功率在高系数的性能，大大优于其非绝热对应。我们采用多自旋CD驱动，数值研究了制冷性能随系统尺寸的标度行为。我们进一步证明，通过精确的CD协议的最佳制冷是一个催化过程。
2020-12-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum refrigerator embedded in spin-star environments: Scalings of temperature and refrigeration time
Harish-Chandra Research Institute, A CI of Homi Bhabha National Institute（哈瑞什-昌德拉研究所，霍米·巴巴国立学院附属机构）
研究嵌入自旋星环境的量子吸收式制冷机，利用哈密顿量对称性对量子比特约化密度矩阵半解析求解，推导自主制冷条件，分析温度和制冷时间标度、非马尔可夫性及热流，其性能在参数变化下鲁棒，能在短时间达更低温度。
2026-07-21 quant-ph
Simultaneous cooling of qubits via a quantum absorption refrigerator and beyond
本文提出一种利用多磁化子空间相互作用哈密顿量和局域/全局量子主方程同时冷却多个目标量子比特的量子热器件，并扩展至海森堡星形网络，揭示其制冷机制与运行范围。
2024-10-21 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
Unified trade-off optimization of a three-level quantum refrigerator
我们研究了三能级量子制冷机的最优性能，使用一个折衷的目标函数，$Ω$函数，它代表了一个热器件的能量效益和能量损失之间的折衷。首先，我们优化我们的冰箱的性能，采用双参数优化方案，并表明，第一个两项在所获得的性能系数（COP）的级数展开与一些经典的冰箱模型相匹配。然后，在高温极限，优化一个参数，同时约束另一个，我们得到的COP的上下界强以及弱（中间）物质场耦合条件。在强物质场耦合制度，得到的边界上的COP完全匹配的边界已经知道的一些模型的经典冰箱。此外，弱物质场耦合，我们推导出一些新的边界上的制冷机的COP的谎言所覆盖的范围以外的强物质场耦合得到的界限。最后，在制冷功率和$Ω$函数都能最大化的参数范围内，比较了最大$Ω$函数和最大制冷功率下量子制冷机的制冷功率.
2020-08-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum thermal absorption machines: refrigerators, engines and clocks
技术的不可阻挡的进步，提高效率的不懈努力，以及通过量子效应提高性能的诱人前景，都是研究微观机器的令人信服的理由。吸热机器是一类特别有趣的设备，它们可以自主运行，仅使用热流来执行有用的任务。在量子机制中，这提供了一个自然的设置，可以量化各种操作的热力学成本，如冷却，计时或纠缠产生。本文介绍了量子吸收机的物理教学介绍，详细介绍了冰箱，发动机和时钟。
2019-07-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Cooling limits of coherent refrigerators
该研究利用相干虚拟量子比特突破现有非相干制冷界限，推导普适相干制冷极限并给出可达协议，还提出优于非相干方案的广义算法冷却协议。
2024-10-23 quant-ph
Shortcut-to-adiabaticity quantum Otto refrigerator
我们研究了在有限时间内运行的量子奥托制冷机的性能，并利用局部反绝热技术。当工作介质是一个频率随时间变化的量子谐振子时，我们计算了它的性能系数和制冷功率。我们发现，量子制冷机优于其传统的同行，除了非常短的周期时间，即使当本地反绝热驱动的驱动成本包括在内。此外，我们推导出的量子速度限制的基础上的热机的性能上界，并表明，他们比热力学第二定律更严格。
2019-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal performance of endoreversible quantum refrigerators
一般性能基准的推导在高度优化的热机和制冷机的设计中是重要的。为了得到它们，人们可以从现象学上对不可逆性的主要来源进行建模，最终得到与模型无关但范围有限的结果。或者，人们可以采取一个简单的物理系统实现热力学循环，并评估其最佳操作从一个完整的微观描述。我们遵循这种方法，以获得在最大冷却速率的\textit{any}内可逆量子制冷机的性能系数。在惊人的差异与\textit{universality}的最佳效率的热机，我们发现，在最大功率的冷却性能是至关重要的，由具体的系统浴相互作用机制的细节。一个封闭的分析基准被发现弱耦合到非结构化玻色子热浴内可逆制冷机：在量子热力学中无处不在的案例研究。
2014-11-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Physical implementations of quantum absorption refrigerators
吸收式制冷机是一种自主的热力机器，它利用热从热水浴到环境中的自发流动来进行冷却。在这里，我们讨论了吸收式冰箱在两种不同的设置：即腔和电路量子电动力学的量子实现。首先，我们提供了一个统一的描述这些机器的虚拟温度的概念。接下来，我们将详细描述两种不同的物理设置，并比较它们的属性和性能。最后，我们展望了未来的工作和开放的问题，在这一领域的研究。
2018-11-13 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Bargmann representation of quantum absorption refrigerators
在本文中，我们在具有高斯测度的全纯函数空间中解析地求解了量子吸收制冷机。我们的方法简化了计算，因为对于给定的量子系统，任何量子态的坐标表示总是比相对于相空间坐标$z_{i}$所写的相应表达式更复杂。最后讨论了全纯表示的计算复杂度，并与标准算子方法的计算复杂度进行了比较，证明了全纯表示在某些计算任务中的有效性。我们的处理方法适用于所有量子热机和制冷机。
2022-12-28 math-ph math.MP quant-ph
Two-body quantum absorption refrigerators with optomechanical-like interactions
量子吸收式制冷机（QAR）自主地从冷浴中提取热量，并通过利用来自较高温度储层的输入热量将热量倾倒到热浴中。QAR通常需要三体相互作用。我们提出并研究了一个基于类光机耦合的两体QAR模型，工作介质由两个二能级系统或两个谐振子或一个二能级原子和一个谐振子组成。在理想的情况下，没有内部耗散，在实验可实现的参数，我们的模型可以达到的性能系数是任意接近卡诺界限。我们研究的效率在最大功率，约束为实用目的，并表明，通过使用合适的水库工程和开发的非线性光学机械耦合，可以实现效率在最大功率接近卡诺界，虽然功率逐渐接近零的效率接近卡诺界。此外，我们还讨论了非经典关联和希尔伯特空间的大小对冷却功率的影响。最后，我们考虑一个更现实的版本，我们的模型中，我们认为热泄漏，使QAR非理想，并防止它实现卡诺效率。
2020-06-04 quant-ph
Optimal performance of a quantum Otto refrigerator
考虑含时谐振子的量子奥托制冷循环。我们研究了绝热和非绝热频率调制在最大优值时的性能系数。我们得到的最佳性能在高温（经典）制度和低温（量子）限制的解析表达式。此外，我们分析了故障的冷却循环强非绝热驱动协议，并推导出分析估计的最小驱动时间允许冷却。
2016-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech 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
Quantum Refrigerator and the III-law of Thermodynamics
研究了冷却量子浴在温度降至绝对零度时的温度下降速率。然后，通过计算接近绝对零度T \rightarrow 0时冷却过程的特征指数dT（t）/dt \sim-T ^T来动态地量化热力学III定律。采用了一个量子制冷机的连续模型，其工作介质由两个耦合谐振子或两个耦合二能级系统组成。制冷机是一种非线性装置，它将来自三个热浴的三股电流合并在一起：一个要冷却的冷浴，一个作为熵阱的热浴，以及一个作为冷却功率源的驱动浴。将热驱动制冷机（吸收式制冷机）与动力驱动制冷机进行比较。当优化时，两种情况导致相同的指数λ，显示出对工作介质的形式和驱动器的特性缺乏依赖性。因此，特征指数由冷库的性质及其与系统的相互作用决定。两个通用的热浴模型被认为是，由谐振子组成的浴和由理想玻色/费米气体组成的浴。的相互作用的哈密顿量施加的III-法律的限制进行了讨论。在附录中概述了热力学驱动的开放系统理论及其对热力学的意义。
2012-05-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Autonomous Quantum Refrigerator in a Circuit-QED Architecture Based on a Josephson Junction
提出了一种在电路QED结构中实现小型量子吸收制冷机的方法。该装置由三个谐振子耦合到约瑟夫森函数。制冷机是自主的，在这个意义上，它不需要任何外部控制冷却，但只有在不同温度下的振荡器和热浴之间的热接触。此外，该设置还具有内置开关，可以打开和关闭冷却。如果定时控制是可用的，这使得相干增强冷却的可能性成为可能。最后，我们表明，显着的冷却可以实现与实验现实的参数，我们的设置应该是在目前的技术范围内。
2016-12-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effects of noise-induced coherence on the performance of quantum absorption refrigerators
我们研究了两种模型的量子吸收制冷机，主要集中在辨别噪声诱导的相干性对它们的热力学性能的作用。类似于以前对量子热机的研究，我们发现由于噪声诱导相干机制，冷却功率增加。我们制定的条件下，他们可以等价地描述经典随机过程的模型的微观参数和比较性能的两类冰箱（有效地经典与真正的量子）。我们发现，增强的性能已经观察到有效的经典系统，量子情况下没有显着的质的变化，这表明噪声诱导的相干增强机制是由静态干涉现象。
2018-05-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
High-Performance Imaging in a Dilution Refrigerator
本文报道了一种集成在稀释制冷机中的共聚焦成像系统，实现1.1微米分辨率与2.5毫米视场，无需低温可动部件，支持光学和微波探针接入，促进可扩展集成量子光学技术发展。
2025-10-08 quant-ph
Realising a quantum absorption refrigerator with an atom-cavity system
提出并分析了一种由囚禁原子或离子置于光腔内构成的自治量子热机。这样的机器可以作为热机工作，其工作介质是量子化的原子运动，或作为吸收式制冷机，冷却没有任何工作输入。聚焦在制冷模式，我们预测，这是可能的，与国家的最先进的技术，以冷却被困离子几乎其运动的基态使用热光源，如太阳光。尽管如此，我们发现激光器或类似的参考系对于稳定腔频率是必要的。此外，我们建立了一个直接的和迄今为止未被承认的量子吸收制冷机的抽象理论和实际的边带冷却技术之间的联系。我们还强调并澄清了最近关于独立量子发动机和冰箱的几项理论研究的一些假设。我们的工作表明，腔量子电动力学是一个有前途的和多功能的实验平台，在量子域的自治热机的研究。
2016-08-19 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
Correlated vs. uncorrelated noise acting on a quantum refrigerator
两个量子比特构成一个量子四能级系统。这些状态之间基于黄金法则的跃迁速率由量子比特与噪声源的耦合决定。我们证明，取决于噪声是否作用于两个量子位是相关的或不相关的，这些转换是由不同的选择规则。特别是，我们发现，对于完全相关的或与噪声相关的噪声，有一个受保护的状态，系统的动力学依赖于它的初始化。对于近（反）相关噪声，存在确定量子比特的时间演化的长时间尺度。我们将我们的结果应用到基于两个量子位耦合到热水和冷水浴的量子奥托冰箱。即使在两个量子位彼此不相互作用的情况下，当存在作用于它们上的噪声的强相关性时，制冷机的冷却功率也不与量子位的数量（这里是$=2$）成比例。
2017-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Unified trade-off optimization of quantum harmonic Otto engine and refrigerator
我们调查的量子奥托发动机和制冷循环的最大$Ω$ -功能，一个权衡的目标函数，代表了一个特定的工作之间的折衷的能量收益和损失的条件下工作的时间依赖的谐振子，绝热和非绝热（突然）频率调制。我们推导出奥托循环的效率和性能系数的解析表达式。对于绝热驱动的情形，指出在低温区，谐振Otto热机（制冷机）可以映射到Feynman的棘轮棘爪模型，这是一个稳态经典热机。对于频率的突变，我们得到了效率-功曲线的环状行为，这是不可逆热机的特征。最后，我们讨论了制冷机在最大$Ω$ -函数下的制冷功率行为，并指出了制冷机的最佳工作点。
2021-12-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Three qubits in less than three baths: Beyond two-body system-bath interactions in quantum refrigerators
我们表明，量子吸收制冷机，传统上被研究为三个量子位，每个量子位都连接到一个热库，也可以通过使用三个量子位和两个热浴来构建，其中两个量子位，包括要局部冷却的量子位，连接到一个公共浴。通过在玻恩-马尔可夫近似和行波近似中仔细选择系统、浴和量子位-浴相互作用参数，连接到公共浴的量子位之一实现了稳定状态下的冷却。我们观察到，所提出的冰箱也可以在参数制度，没有或可以忽略不计的稳态冷却实现，但有相当大的瞬态冷却。稳态温度可以显着降低，由于在冰箱设置中使用的共同浴存在的几体相互作用项的强度的增加。所提出的制冷机内置三个量子位和两个浴被证明提供稳态冷却的量子位和规范玻色子热库之间的马尔可夫量子位浴相互作用，和一个更简单的重置模型的量子位浴相互作用。
2021-11-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum absorption refrigerator with trapped ions
热力学是物理学中最古老、最成熟的分支之一，它为宏观系统中可能实现的目标设定了边界。虽然它开始作为一个纯粹的经典理论，但在量子力学的早期，人们意识到大型量子器件，如微波激射器或激光器，可以用热力学形式主义来处理。最近在热机的小型化方面取得了显著的进展，一直到单个布朗粒子以及单个原子。然而，尽管有一些理论上的建议，在完全量子机制中实现热机仍然是一个挑战。在这里，我们报告了一个实验实现的量子吸收式制冷机在一个系统中的三个被困离子，其三个正常的运动模式耦合的三线性哈密顿量，使两种模式之间的热传递制冷的第三个。我们研究了该制冷机的动力学和稳态性质，并比较了它的冷却能力时，只涉及到热态的情况下，压缩作为一种量子资源。我们还研究了这样的冰箱在Single Shot制度的性能，并证明冷却低于稳态能量和基准预测的经典热力学处理。
2017-02-28 physics.atom-ph quant-ph
Employing Non-Markovian effects to improve the performance of a quantum Otto refrigerator
将量子热力学扩展到超出标准热力学设置的情况，是其发展的一个重要而有趣的方面。一种这样的情况是结构化的环境，诱导非马尔可夫动力学的热力学后果的分析。我们研究了一种量子奥托制冷机，其中标准的马尔可夫冷库被一个特定的工程冷库所取代，这可能会导致量子制冷系统的马尔可夫或非马尔可夫动力学。通过改变制冷剂和储液器之间的耦合，可以互换这两种动态状态。非马尔可夫效应的增加将与耦合强度的增加有关，这反过来将使存储在相互作用哈密顿量中的能量，即相互作用能，变得越来越相关。我们展示了品质因数，性能系数和冷却功率，改变不可忽略的相互作用能，讨论如何忽略这种影响将导致高估的冰箱性能。最后，我们还考虑了一个自旋量子制冷机的数值模拟实验可行的参数，以更好地说明非马尔可夫效应引起的工程冷库。我们认为，一个温和的非马尔可夫动力学表现得更好，无论是一个马尔可夫或一个强大的非马尔可夫制度的运作。
2020-07-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Designing refrigerators in higher dimensions using quantum spin models
我们设计了基于自旋j量子XYZ和双线性双二次模型的量子冰箱，其中各个自旋连接到玻色子热浴。通过考虑本地和全球的主方程，我们说明了增强的制冷机的性能与自旋尺寸的增加，无论选择的自旋模型。为了评估制冷机的性能，我们引入了一个基于距离的测量来量化具有任意自旋量子数j的粒子的局部温度。有趣的是，我们发现，通过最小化自旋j热态和自旋j粒子在稳态下的演化态之间的距离来定义的局部温度量化器，与文献中已知的自旋为1/2的粒子的局部温度的基于人口的定义相一致。此外，我们证明了基于距离的局部温度的定性行为是独立的距离测量的选择，通过比较跟踪距离，乌尔曼的保真度和相对熵距离。通过计算局域主方程，我们进一步观察到，由一个自旋为1/2的粒子和一个自旋为j的粒子组成的量子制冷机，与两个自旋为j的粒子组成的制冷机在XYZ相互作用下相比，可以得到更低的局域温度。
2023-03-14 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Speeding-up a quantum refrigerator via counter-diabatic driving
我们研究了应用反非绝热驱动（CD）技术来提高基于超导量子比特耦合到两个谐振电路的量子奥托制冷机的热力学效率和功率。虽然CD技术最初被设计用于抵消孤立系中的非绝热相干激发，但我们发现它在开放系统动力学中也有效地工作，改善了相干引起的效率和功率损失。我们比较了CD动力学与其经典的对应，并找到一个偏差，因为CD的目的是遵循原来的哈密顿能量本征基，但热浴热化系统在不同的基础上。我们还讨论了我们的模型可能的实验实现。
2019-07-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Refrigeration by modified Otto cycles and modified swaps through generalized measurements
本研究通过广义测量通道对Otto循环制冷机和swap制冷机进行改进，得到两类制冷循环，第一类性能系数随测量强度线性提升，第二类可实现由测量诱导量子引擎供能的自主制冷，且两类改进swap制冷机的热力学性质与改进Otto循环制冷机分别一致。
2024-05-14 quant-ph
Quantum speed limit constraints on a nanoscale autonomous refrigerator
量子速度极限提供了量子系统在状态空间中演化所需时间的下限，对物理设备的动力学施加了最终的自然限制。另一方面，量子吸收式冰箱在过去几年中引起了人们的极大关注。本文讨论了量子速度极限对量子吸收制冷机性能的影响。特别是，我们表明，存在一个权衡关系的制冷机的稳定冷却速率和达到稳定状态所需的最小时间。在此基础上，我们定义了一个品质因数称为“边界二阶冷却速率”，并表明这与组成量子位之间的幺正相互作用强度呈线性关系。我们还研究了束缚二级冷却速率随热化强度的增加。随后，我们证明了初始三量子比特系统中的相干性可以显着增加边界二阶冷却速率。我们研究的冰箱在最大边界的二阶冷却速率的效率，并在一个限制的情况下，我们表明，在最大边界的二阶冷却速率的效率是由一个简单的公式让人想起的Curzon-Ahlborn关系。
2018-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
