Quantum, cyclic and particle-exchange heat engines
三能级放大器（基于热泵浦激光的量子热机）和经典卡诺循环的热力学行为之间的差异通常归因于前者本质上的量子或离散性质。在这里，我们提供了一些经典和半经典的热机，如电子，热电和光伏器件，都利用相同的热力学机制，实现可逆性的三电平放大器，即等熵（但非等温）之间的热，冷水库的粒子转移的例子。这种机制是不同于等温热传递所需的实现可逆性循环发动机，如卡诺，奥托或布雷顿循环。我们指出，以前发现的一些定性的差异之间的三电平放大器和卡诺循环可能是由于这样一个事实，即它们不是相同的“类型”的热机，而不是量子性质的三电平放大器本身。
2004-11-26 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
Operational characteristics of single particle heat engines and refrigerators with time asymmetric protocol
研究了有限时间时间非对称协议驱动的单粒子热机和制冷机。我们的系统包括一个粒子在一个谐波陷阱与时间周期性的强度，驱动粒子循环之间的两个浴。每个循环由两个不同温度下的等温步骤和两个连接它们的绝热步骤组成。该系统工作在不可逆的操作模式，即使在准静态政权。这是由有限的熵产生表明，即使在大周期的时间限制。因此，不能实现热机的卡诺效率或制冷机的卡诺性能系数（COP）。我们进一步分析了热机和制冷机的相图。它们对协议的时间不对称性很敏感。相图显示了几个有趣的特征，通常是违反直觉的。随机效率和COP的分布是广泛的，并表现出幂律尾部。
2016-01-05 cond-mat.stat-mech
Endoreversible Carnot machines with long-time reversible limit
Indian Institute of Science Education and Research Mohali（印度科学教育研究所穆哈里分校）
本文通过指定等温过程持续时间随温差单调递减，改进了Curzon-Ahlborn模型，使其在准静态极限下恢复可逆性，并在低耗散区域分析优化了等温过程时长及循环功热。
2026-09-14 cond-mat.stat-mech
A photonic Carnot engine powered by a quantum spin-star network
我们提出了一个自旋星网络，其中中心自旋-$1/2$通过XXZ相互作用耦合到$N$外自旋-$1/2$粒子，作为量子燃料。如果网络与冷浴处于热平衡，则中心自旋可以具有大于浴的有效温度并且与$N$成非线性比例。非线性可以用耦合的各向异性参数调谐到$N^2, N^3$或$N^4$。利用中心自旋粒子流泵浦微脉塞腔，采用粗粒化的主方程计算了腔场的动力学。我们的研究表明，中心自旋光束有效地作为腔场的热库，使腔场达到热稳态，其温度受益于与$N$相同的非线性增强效应，从而实现了高效的光子卡诺引擎.我们的结论的有效性进行了测试对原子和腔阻尼的存在下，使用典型的微波腔QED参数的微观主方程方法。另一种等效方案的自旋$1/2$耦合到宏观自旋$(N/2)$粒子进行了讨论。
2016-11-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Shannon Meets Carnot: Generalized Second Thermodynamic Law
经典的热力学定律不能描述能量哈密顿量是温度的显函数的系统的行为。例如，在将信息处理系统（如通信信道）建模为热系统时，会出现这种哈密顿量。在这里，我们推广的热力学第二定律，包括系统的温度依赖的能级，$dQ=TdS+<d\mathcal{E}/dT>dT$，其中$<\cdot>$表示平均玻尔兹曼分布，并揭示了一个新的定义的基本概念的温度。这种概括使得能够表达，例如，高斯信道的互信息作为自然的基本定律-热力学热力学定律的结果。
2008-06-23 cond-mat.stat-mech
Maximum work for Carnot-like heat engines with infinite heat source
本文分析了类卡诺热机的效率及其最大输出功的界限。传热过程用线性规律描述，导热系数随时间变化。效率的上限被认为是CA效率，并完成每个过程的持续时间和时间依赖的电导无关。证明了即使工质与热源充分换热，所能提取的功也是有限的。分析了换热过程中的最佳温度分布。当无量纲接触时间满足一定的关系时，恢复了内可逆模型。
2014-06-03 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Construction and Optimization of the Quantum Analog of Carnot Cycles
少粒子系统中卡诺循环的量子模拟由两个量子绝热步骤和两个量子等温步骤组成。这种构造形式上是通过使用最小功原理来证明的。然后表明，不依赖于任何微观解释的工作或热量，热功效率的量子卡诺循环，从而构建可以进一步优化，提供两个条件，关于期望值的一些广义力算符在平衡态得到满足。通常，优化效率是系统特定的，低于卡诺效率，并且取决于冷和热储器的温度。简单的计算例子来说明我们的理论。研究结果对实际量子热机的优化设计具有重要的指导意义。
2015-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
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
Efficiency of Single Particle Engines
研究了单粒子Szilard和Carnot热机的效率。在准静态极限的一阶修正内，发现功分布为高斯分布，平均功和效率的修正因子仅取决于活塞速度。随机效率的两种模式进行了研究，并证实了最近的研究结果的效率波动数值。在零温度极限中显示出特殊的特征。
2015-08-20 cond-mat.stat-mech
Gambling Carnot Engine
ICTP – The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics（阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心）；Laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure, CNRS, PSL University, Sorbonne Université, and Université de Paris（巴黎高等师范学院物理实验室，法国国家科学研究中心，巴黎文理研究大学，索邦大学，巴黎大学）；University of Potsdam, Institute of Physics & Astronomy（波茨坦大学，物理与天文学研究所）；Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems, (IFISC, UIB-CSIC)（交叉学科物理与复杂系统研究所）
本文提出了一种由反馈协议驱动的胶体热机模型，能将热浴吸收的净热量完全转化为功。该协议受赌博策略启发，在特定首次通过条件下以零成本骤降，使发动机在功率和效率上超越传统卡诺循环，达到最大功率下的卡诺效率。
2024-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Attaining Carnot Efficiency with Quantum and Nanoscale Heat Engines
一个热机在一次有限尺寸范围内运行，其中由少量量子粒子组成的系统与热浴和冷浴相互作用，并限于一次测量，提供波动的工作。此外，具有较小波动的发动机产生较少量的确定性工作。因此，热-功转换效率保持远低于卡诺效率。在这里，我们克服了这一限制，并达到卡诺效率在一次有限尺寸制度，其中的发动机允许工作系统同时与两个浴通过半局部热操作和可逆地操作在一个步骤的循环。这些发动机在功提取效率方面优于先前考虑的发动机，甚至能够通过专门利用系统间的相关性将热转换为功。我们提出了量子热机的资源理论来证明这一结果。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech math-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
Numerically "exact" simulations of a quantum Carnot cycle: Analysis using thermodynamic work diagrams
我们研究了基于开放量子动力学理论的量子卡诺热机的效率。该模型包括随时间变化的外部领域的子系统控制的等温和等熵过程和系统浴（SB）的相互作用控制这些过程之间的过渡。数值模拟进行了非微扰和非马尔可夫SB耦合制度下，这些领域在不同的周期频率使用的运动方程的层次。应用于整个系统的功和与浴的热交换进行了严格的评估。此外，将准静态功视为自由能，计算了量子热力学变量，并首次利用热力学功图对模拟结果进行了分析。这些图的分析表明，在强SB耦合区域，SB相互作用的领域是主要的工作来源，而在其他地区，该领域的子系统是一个来源的工作。我们发现，最大效率是在准静态的情况下实现的，是完全由浴温度，无论SB耦合强度，这是卡诺定理的数值表现。
2022-07-28 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph quant-ph
Conservation Laws and Thermodynamic Efficiencies
我们表明，通用系统与一个单一的相关守恒量达到卡诺效率的热力学极限。这样一个一般的结果是说明了硬点弹性碰撞粒子的双原子链的总动量是唯一相关的守恒量。
2013-02-12 cond-mat.stat-mech
Analog of the Carnot engine for fluctuating diffusivity in living cells
本文基于活细胞中的异质扩散现象，提出涨落扩散率与热力学形式类比，构建了类热机模型，其循环效率形式上等同于卡诺效率且循环中熵总变化为零。
2025-09-14 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Quantum heat engine in the relativistic limit: The case of a Dirac particle
我们研究了量子热机的两种不同方案的效率，考虑一个单一的狄拉克粒子被困在一个无限的一维势阱作为“工作物质”。“第一个方案是一个循环，由两个绝热和两个等能可逆轨道在位形空间。的轨迹是由一个准静态变形的势阱由于外部施加的力。第二种方案是前者的一个变体，其中等能轨迹被等温轨迹所取代，沿着该轨迹系统与宏观恒温器接触。这第二个方案构成了经典卡诺循环的量子模拟。我们的表达式，从狄拉克单粒子谱，收敛在非相对论性的限制，在文献中的薛定谔光谱的一些现有的结果。
2013-01-11 cond-mat.stat-mech
Bounds on Thermal Efficiency from Inference
推导的问题适用于从两个定热容水库的工作提取的过程中，当热力学坐标的过程是不完全指定。缺少的信息包括温度的具体值以及温度被分配到的储层的标签。热效率的估计表明，关于确切的标签的不确定性，降低卡诺值以下的最大效率，其最小值是众所周知的Curzon-Ahlborn值。我们还对温度值显示之前的效率{ \it}进行了平均估计。研究发现，如果标签是确定的，则在近平衡极限下，效率为卡诺值的1/2，而如果标签中存在最大的不确定性，则效率的平均估计值下降到卡诺值的1/3。我们还建议如何推断不完整的模型的属性可以映射到一个模型的完整信息，但与热力学不可逆性的一个额外的来源。
2013-05-27 cond-mat.stat-mech physics.data-an
Directed motion and useful work from an isotropic nonequilibrium distribution
我们证明了一个经典粒子的气体被困在一个外部的非对称势进行准周期运动，如果它的初始速度分布的温度$T_{ne}$不同于平衡温度，$T_{eq}$。效果的大小由$T_{ne}-T_{eq}$的值确定，运动的方向由该表达式的符号确定。气体粒子的“加载”和“卸载”改变了它们的运动方向，从而产生了类似穿梭运动的可能性。该系统作为卡诺引擎工作，其中在非平衡分布的动力学部分和势部分之间的热流产生有用功。
2007-11-26 cond-mat.stat-mech
Single Particle Stochastic Heat Engine
我们对在含时调和势中操纵布朗粒子的单粒子随机热机进行了广泛的分析。该循环由两个不同温度下的等温步骤和两个绝热步骤组成，类似于卡诺发动机。发动机在惯性和过阻尼状态下表现出质的差异。所有的热力学量，包括效率，表现出强烈的波动，在一个时间周期的稳定状态。即使在准静态状态下，随机效率的波动也超过了平均值。有趣的是，我们的系统作为一个引擎提供的两个水库之间的温差大于一个有限的临界值，这反过来又取决于循环时间和其他系统参数。这是支持我们的分析结果进行了准静态政权。我们的系统作为发动机在大循环时间下工作更可靠。通过研究各种模型系统，我们观察到的操作特性是模型相关的。我们的结果清楚地排除了任何普遍的效率之间的关系，在最大功率和温度的浴。我们还验证了热机在时间周期稳态下的涨落关系。
2014-09-19 cond-mat.stat-mech
Quantum heat engine based on level degeneracy
我们研究了利用量子化的能级提取功的量子斯特林循环。热机的功和效率取决于势阱的长度，在低温极限情况下接近卡诺效率。我们表明，缺乏信息的粒子的位置内的势阱可以转换成有用的工作，而不诉诸于任何测量。在低温极限下，我们计算了从可分辨粒子、费米子和玻色子中提取的工作量。
2019-07-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Heat engines with single-shot deterministic work extraction
UBA（布宜诺斯艾利斯大学）；CONICET（阿根廷国家科学研究委员会）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
该研究提出了一种在纳米尺度上工作的热机，通过单次确定性功提取和相关性创建，实现了接近卡诺效率的热机效率。
2020-08-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Classical Nernst Engine
我们介绍了一个基于能斯特效应的发动机简单模型。在存在磁场的情况下，垂直热流可以驱动水平粒子流对抗化学势。对于一个受洛伦兹力作用的经典粒子轨道的微观模型，我们证明了最大效率与卡诺效率之比的普遍界为3-2*sqrt（2）simeq 0.172.这个界限，作为在最大功率下的效率的稍微低的1/6，实际上可以在大磁场和小逸度下饱和，而与纵横比无关。
2013-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Efficiency versus Speed in Quantum Heat Engines: Rigorous Constraint from Lieb-Robinson Bound
研究了有限功率热机能否达到卡诺效率这一长期悬而未决的问题。严格证明了一个关于量子热机循环过程的热力学效率与时间间隔的折衷不等式。在第一步中，采用Lieb-Robinson界，我们建立了一个不等式的变化，在一个本地观察所造成的操作远离本地观察的支持。该不等式提供了以下直观图像的严格表征，即当循环过程完成时，从发动机释放到冷浴器的大部分能量保持在发动机附近。利用上述描述，我们最后证明了一个上限的效率与量子信息几何的帮助。此外，由于我们的不等式落入传统的热力学第二定律在马尔可夫极限，我们采用了一个完全不同的处理，这是在经典的随机过程的背景下发展。我们的结果一般排除了量子热机中卡诺效率下有限速度过程的可能性。特别是，所获得的约束，包括发动机的发展与非马尔可夫动力学，这几乎所有以前的研究都未能解决这个问题。
2017-08-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Maximum Power Output of Quantum Heat Engine with Energy Bath
量子等能过程与量子等温过程的区别在于量子体系中能量均分定律的违背。为了揭示这一事实的重要物理意义，本文研究了一种特殊类型的量子热机，它由三个过程组成：等能过程、等温过程和绝热过程。因此，该发动机在能量和热浴之间工作。结合两个这样的引擎，就有可能实现量子卡诺引擎。进一步，考虑势场形状的有限变化速度，讨论了具有移动壁的无限深方势阱发动机的输出功率。结果表明，效率和功率输出都与量子等温过程的初态和终态密切相关。发动机循环的性能被示出为通过控制基态的占据概率来优化，所述占据概率由温度和势宽度决定。并讨论了效率与输出功率的关系。
2016-05-26 cond-mat.stat-mech physics.gen-ph
