Quantum mechanical bound for efficiency of quantum Otto heat engine
热力学第二定律限制了热机的效率，无论是经典的还是量子的，都不能大于普适的卡诺效率。我们发现了由谐振子组成的量子奥托热机效率的另一个界。发动机的动力学由密度矩阵的林德布拉德方程控制，该方程映射到准概率分布的福克-普朗克方程。将随机热力学应用于Fokker-Planck方程组，得到了效率的$\hbar$依赖的量子力学界。结果表明，该界比卡诺效率更紧。发动机在低温极限中达到了量子效应占主导地位的界限。我们的工作表明，量子性质可以抑制热机的性能方面的效率限制，功和功率输出。
2019-05-14 cond-mat.stat-mech
Holographic heat engines for Schwarzschild black holes
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Radboud University（拉德堡德大学）
利用准局域引力热力学在渐近平直时空中构建可逆黑洞热机，将史瓦西黑洞置于有限球腔，以腔边界对偶热系统为工作物质，推导多种热机效率并比较，其效率可探究黑洞准局域状态方程。
2026-08-06 cond-mat.stat-mech gr-qc hep-th
Mechanical work extraction from an error-prone active dynamic Szilard engine
论文研究含测量误差的主动 Szilard 热机，分析一次性与循环模式下功、功率和信息效率，发现可违反 Landauer 界限且循环运行能利用残余互信息。
2025-05-14 cond-mat.stat-mech
Maximum power of a two-dimensional quantum mechanical engine with spherical symmetry
我们研究了球对称的二维量子卡诺引擎，考虑的情况下，一个粒子的表面上的一个球的半径变化。卡诺循环的建立允许系统的状态改变与具体的约束条件中讨论的本德的工作卡诺循环。在研究卡诺循环之后，我们最大化系统的输出功率和效率，以表明正如在一维系统中发生的那样：（i）效率可以被优化;其最优值与描述系统的参数无关，并且在最优效率下的最优输出功率是非零的。(ii)球形系统的最优效率比Abe工作中考虑的一维量子阱的最优效率大得多。
2019-09-30 cond-mat.stat-mech
Efficiency of the general quantum-mechanical Carnot engine
一个量子力学模拟卡诺引擎可逆地工作在消失的温度，简称量子力学卡诺引擎，进行了讨论。本文给出了任意约束势下这种发动机效率的一般公式。它的表达式纯粹是根据能谱的结构给出的。效率依赖于热力学中工质的类似势的形式，意味着发动机的非普适性。这可能是由于在纯态量子力学中缺少类第二定律原理。
2013-04-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
The Poschl-Teller Like Description of Quantum Mechanical Carnot Engine
在这项工作中，一个例子的循环引擎的基础上的量子力学性质的强非线性量子振荡器所描述的Poschl-Teller [PT]模型进行检查。利用我们在文献[1-4]中提出的[PT]模型，通过改变阱的宽度L和阱的量子态，构造了一个量子力学的卡诺循环模拟（即量子热机）。这种量子热机具有由绝热和等温量子过程组成的循环。推导了基于类Poschl-Teller势的量子发动机的效率，并与经典热力学发动机进行了比较。
2021-02-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
The thermodynamic cost of driving quantum systems by their boundaries
热力学的热力学定律限制了热机的效率。这些定律的类似物现在已经建立起来，用于弱耦合和被动耦合到环境的量子引擎，为改进其性能提供了一个框架。那些与环境的交互受到主动控制的系统不属于这个框架。在这里，我们认为系统积极和本地耦合到环境中，发展与所谓的边界驱动的林德布拉德方程。从一个单一的描述系统加上环境，我们同时获得的林德布拉德方程和适当的表达式的热量，工作和熵生产的系统扩展的分析框架，和一些已经提出的，量子热机。我们说明了我们的研究结果在自旋1/2链，并解释了为什么XX链耦合在这种方式下，一个单一的热浴松弛到双稳态平衡，而XY链没有。此外，我们表明，一个XX链耦合到一个左，右热浴行为作为量子引擎，加热器或制冷机取决于参数，与卡诺效率的限制效率。
2015-10-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Nonuniversality of heat engine efficiency at maximum power
研究了一个简单的量子点热机在最大功率下的效率。与效率达到理论最大值的准静态运行卡诺发动机相比，最近对在有限时间内运行的更现实的发动机的研究揭示了其他类型的效率，例如使功率最大化的Curzon-Ahlborn效率。这种功率最大化效率一直被认为是最大效率的一半，直到在热力学通量之间的紧耦合条件下接近平衡的线性阶。然而，我们发现，这种普遍性可能会打破量子点热机，取决于发动机控制参数的约束（局部优化），即使紧耦合条件仍然满足。
2018-10-31 cond-mat.stat-mech
Role of the superposition principle for enhancing the efficiency of the quantum-mechanical Carnot engine
叠加原理的作用被讨论用于由Bender、Brody和Meister引入的量子力学卡诺引擎[J. Phys. A 33，4427（2000）]。结果表明，通过量子态的叠加可以提高发动机的效率。对有限时间过程进行了讨论，给出了最大功率输出的条件。有趣的是，在最大功率下的效率低于没有叠加的效率。
2012-01-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
Energy optimization of two-level quantum Otto machines
给出了自旋量子Otto机作为热机和制冷机时在不同优化准则下的情况。我们研究的最佳性能的热机和制冷机取决于他们的效率，输出功率和最大熵产生。对于热机的情况，我们得到了最大功率和最大生态函数下效率的上、下界表达式。此外，还对自旋量子Otto制冷机的制冷性能系数进行了优化，优化指标为制冷功率、制冷功率与制冷功率乘积和生态功能。我们进一步研究了无因次功率损失的冷水库时，机器是作为一个热机以及其对应的冰箱的情况下。我们发现，最大操作的热机（制冷机）循环时，相对于热（冷）水库频率优化。
2020-08-11 cond-mat.stat-mech
Extracting work from random collisions: A model of a quantum heat engine
我们研究了随机碰撞驱动的单量子比特电池和单量子比特奥托引擎的各向异性和效率的统计分布。假设单个量子比特，即我们的工作流体，与两个库交换能量，一个非平衡“热”库和一个零温度冷库。量子比特和水库之间的相互作用描述的开放系统动力学的碰撞模型。量子位通过随机幺正碰撞与非平衡库（全部在相同的纯态中制备的量子位的大集合）相互作用，并通过部分交换与冷库（处于其基态的量子位的大集合）相互作用。由于与热库相互作用的随机性质，各向异性、热量和功的波动存在，随着热库中qudits的大小而缩小。虽然奥托发动机的平均“宏观”效率与热库是热库的情况相同，但效率的分布不支持有限矩，因此效率的平均值与宏观效率不一致。
2021-11-25 cond-mat.stat-mech quant-ph
Universal features in the efficiency of ultra hot quantum Otto engines
我们研究了一般热量子奥托发动机在能级上的内能优化。我们发现的效率，类似于经典的外部电源优化耦合时间的热浴的通用功能。结果表明，在超热制度的效率是完全由优化约束，并独立于发动机的细节。我们表明，在一些约束条件下，在经典分析中使用的微扰方法的收敛半径是零，即使在很小的温差非常任意低的效率。
2014-06-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
A mechanical autonomous stochastic heat engine
随机热机是使用少量高度波动的自由度从随机热运动产生功的装置。这种装置的建议已经存在了一个多世纪，包括麦克斯韦恶魔和费曼棘轮。直到最近，它们才被实验证明，例如，在光阱中实施的热循环。然而，最近的示范随机热机是非自治的，因为它们需要一个外部控制系统，规定一个加热和冷却循环，消耗更多的能量比他们生产。本报告提出了一个热机组成的三个耦合机械谐振器（两个丝带和一个悬臂）受到随机驱动。该发动机使用几何非线性的共振带自动转换成一个低熵的随机激励，悬臂梁的非被动振荡。该发动机呈现负热导率的异常热传输特性，包括被动地将能量从冷储层传递到热储层的能力。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Maximum-power quantum-mechanical Carnot engine
Bender、Brody和Meister在他们的工作[J.Phys.A：Math.Gen.33，4427（2000）]中，通过采用被限制在一维无限势阱中的粒子的两态模型，表明可以通过以特定方式改变阱的宽度和量子态来构造卡诺引擎的量子力学模拟。在这里，讨论的是如何实现这种发动机的最大功率，其中井的宽度以低但有限的速度移动。在最大功率输出的发动机的效率被发现是普遍的独立的模型中包含的任何参数。
2011-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Many-body quantum heat engines with shortcuts to adiabaticity
量子热机是用量子力学工质的热力学循环来模拟的。由于高发动机效率需要绝热性，一个主要的挑战是在有限的循环时间内产生非零功率输出。使用反绝热（CD）驱动的绝热性的捷径可以作为加速这种无限长的循环的手段。我们介绍了多体自旋量子热机的局部近似CD协议，并表明这种方法大大提高了有限循环时间的效率和功率。该协议不需要系统本征态的先验知识，因此在实验中是现实的。
2020-05-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Squeezed thermal reservoirs as a resource for a nano-mechanical engine beyond the Carnot limit
通过热机将热能有效地转换成机械功是一个持续的技术挑战。由于卡诺的开创性工作，人们知道，热机的效率是由一个基本的上限，卡诺极限。理论研究表明，热机可以通过利用由温度以及其他参数表征的固定的非平衡储层来在卡诺极限之外操作。在原理验证实验中，我们证明了纳米梁热机耦合到压缩热噪声的效率不受标准卡诺极限的限制。值得注意的是，我们还表明，它是可能的设计一个循环过程，允许提取的机械工作从一个单一的挤压热储。我们的研究结果表明，在小尺度上的非平衡热力学的一个定性的新制度，并提供了一个新的角度设计的高效，高度小型化的发动机。
2017-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
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
Precision bound and optimal control in periodically modulated continuous quantum thermal machines
本文基于 Floquet 形式体系研究周期性调制连续量子热机的涨落，发现热力学不确定关系（TUR）在不同调制下均成立，且 CRAB 优化协议能在宽频段内保持较小 TUR 比率，同时揭示了效率涨落界限与机器运行模式的关联。
2023-08-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Nonequilibrium many-body quantum engine driven by time-translation symmetry breaking
失去平衡的量子多体系统可以产生有趣的现象，例如向奇异动力学状态的转变。虽然这种涌现的行为可以在实验中观察到，但其技术应用的潜力在很大程度上尚未开发。在这里，我们研究了集体效应对从多体系统中提取机械功的量子引擎的影响。利用光机械腔装置与相互作用的原子气体作为工作流体，我们从理论上证明，这种发动机产生的工作下，周期性的驱动。工质的稳态循环具有非平衡相变的特征，导致输出功的突变。值得注意的是，我们发现我们的多体量子引擎甚至在没有周期性驱动的情况下也能运行。当它的工作流体进入一个打破连续时间平移对称性的阶段时，就会发生这种现象：出现的时间结晶阶段可以维持产生机械功的负载的运动。我们的发现为设计新型非平衡量子机器铺平了道路。
2020-07-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Squeezing light to get nonclassical work in quantum engines
University of Granada（格拉纳达大学）
该研究通过量子压缩效应在无热梯度条件下设计出能产生机械功的量子引擎，揭示了热效应与压缩效应的复杂相互作用。
2026-01-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Otto engine with a spin $1/2$ coupled to an arbitrary spin
本文研究了一个以两个粒子为工作物质的量子热机，其中一个粒子具有自旋$1/2$，另一个粒子具有任意自旋（自旋$s$），通过海森堡交换相互作用耦合，并受到外部磁场的作用。发动机以量子奥托循环运行。在循环中收获的功及其效率使用量子化学定义计算。结果发现，发动机具有较高的效率，在较高的自旋，并可以收获工作在较高的交换相互作用强度。详细研究了交换耦合和自旋$s$对输出功和热效率的影响。此外，还从局部做功和效率的角度对发动机运行进行了分析。将局部功定义推广到全局变化，确定了全局功等于或大于局部功之和的条件。
2015-06-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
An atom-doped photon engine: Extracting mechanical work from a quantum system via radiation pressure
提出原子掺杂光学量子腔经辐射压驱动活塞的模型，证明其热功转换及与 Alicki 功定义等价，并构建比较量子 Otto 与 Carnot 发动机。
2024-03-04 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Magneto-strain-driven quantum engine on a graphene flake
我们提出了一种新的概念设计的石墨烯为基础的量子引擎，由机械应变和外部磁场的叠加驱动。纳米级石墨烯薄片中的应变工程产生具有相关联的均匀伪磁场的规范场。应变诱导的赝磁场可以与真实的磁场结合，导致在单粒子图像中出现离散的相对论朗道能级。能级间的距离，因此，他们的统计人口可以调制通过准静态调谐的磁场沿着一系列可逆的转变，构成了一个量子力学模拟的经典奥托循环。
2015-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Mechanical pressure and work cycle of confined active Brownian particles
我们推导出一个解析表达式的机械压力的一个通用的一维模型的封闭的活性布朗粒子（ABPs），是有效的所有值的Peclet数Pe和所有限制的情况。我们的模型再现了已知的体压与Pe ^[2]的标度关系，而在强约束压力下则与Pe标度关系。我们的分析结果很好地再现了模拟的ABPs在2D。我们使用压力公式来计算发动机所做的功及其效率。特别是，效率最大化的工作周期与有限的周期，而不是在无限慢循环的限制，在热力发动机。
2021-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Maximal power for heat engines: role of asymmetric interaction times
有限功率下内可逆热机的性能是非平衡经典和量子热力学、工程等领域的主要挑战之一。我们引入了调整交互时间不对称的想法，以优化发动机的性能。我们考虑一个最简单的热机，由一个量子点与两个不同的热源和粒子依次相互作用组成。不同的优化协议进行了分析，在随机热力学的框架。结果表明，非对称的相互作用时间在提高功率输出中起着重要作用，并且最大化可以提供大于25%的对称情况的增加。作为一个额外的优点，在最大功率下的效率略大于内可逆的Curzon-Ahlborn效率，对于广泛的储层温度范围。
2021-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic Heat Engine Powered By Active Dissipation
纳米器件的热力学是一个活跃的研究领域。尽管它们周围有噪音，但它们经常产生机械功（例如微型热机），显示整流布朗运动（例如分子马达）。这就需要对实验上可量化的热力学效率进行研究。在这里，布朗粒子被具有时间周期性收缩和膨胀的谐波约束所驱动。该系统通过交替地（时间周期性地）连接到具有不同耗散率的浴槽来做功。我们从理论上分析了系统使用随机热力学。热力学量如功、热、效率、熵的变化在长循环时间内通过分析发现。模拟也在不同的周期时间进行。他们表现出良好的协议与分析计算在长周期的时间限制。利用仿真研究了工作、效率和效率的大偏差函数的分布。我们相信，我们的模型的实验实现是可能的。
2018-10-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantum Analog of Carnot Engine
为了建立一个量子模拟的传统卡诺热机，一个常见的选择是用两个量子力学绝热过程代替两个热力学绝热过程。一般来说，这种量子卡诺热机有六个冲程。我们用微扰的方法分析了这种六冲程量子卡诺热机的效率。
2017-10-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum-enhanced performance in superconducting Andreev-reflection engines
本文研究连接金属库与超导体的量子点 Andreev 反射引擎，证明量子增强机制可同时实现高功率与高效率，并突破经典引擎的热力学权衡及精度动力学约束。
2023-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Piezoresistive heat engine and refrigerator
热机提供了我们大部分的机械动力，对于宏观尺度的运输是必不可少的。然而，尽管在静电发动机的小型化方面已经取得了重大进展，但是已经证明很难将液体或气体驱动的热机的尺寸减小到10^7 μ m^3以下。在这里，我们证明了晶体硅结构作为一个循环压阻热机时，它是由一个足够高的直流电流驱动。一个0.34 μ m^3的发动机梁利用压阻效应从直流电流中吸收热量，并通过在不同温度下的膨胀和收缩将其转化为机械功。这种机械能驱动一个1.1 × 10^3 μ m^3的硅谐振器持续振荡。即使低于振荡阈值，引擎光束继续放大谐振器的布朗运动。当其热力学循环被反转时，该结构被示出为减少这些热波动，因此作为制冷机操作。
2011-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
