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
Efficiency at maximum power of a Carnot quantum information engine
本文针对量子信息引擎，提出了广义有限时间Carnot循环，在低耗散区间优化功率输出，推导出适用于任意工作介质的最大功率效率通用公式，并研究了弱能量测量下qubit信息引擎的最优性能。
2023-01-31 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
Power-efficiency-stability trade-off in quantum information engines
该研究聚焦有限时间量子Carnot信息引擎的功率-效率-稳定性权衡，通过解析计算输出功的均值与方差，证明其可在有限功输出及涨落下达最大效率，且稳定性优于常规量子Carnot热机。
2025-09-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Efficiency at maximum power of a quantum Carnot engine with temperature tunable baths
我们研究了在两个温度可调浴之间进行有限时间循环的不可逆量子卡诺发动机的最大功率（EMP）效率。我们采用的温度形式可以在高温极限的挤压浴中实验实现，这使得我们的建议具有实际意义。专注于低耗散发动机，我们首先概括的电磁脉冲的温度可调的情况下，他们完全由广义卡诺限制的前上限和下限。作为一个说明性的例子，我们然后考虑一个最小的热机模型与两个级别的自旋作为工作介质。它模仿低耗散发动机确认有限时间热力学优化结果。这样得到的EMP，被约束的广义界限，以及描述的广义Curzon-Ahlborn效率的结果的左/右对称性的速率常数和低耗散。有趣的功能，这种最小的热机下的最佳功率输出也被证明。
2017-10-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
An Information-Theoretic Bound on Thermodynamic Efficiency and the Generalized Carnot's Theorem
Politecnico di Torino（都灵理工大学）
本文推导了热机效率的更严格界限，适用于经典和量子热机，并展示了量子点与费米浴耦合的引擎可达到该界限，为实际能量收集设备提供设计原理。
2026-04-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Approaching Carnot Efficiency at Finite Power in an Experimentally Feasible Quantum Heat Engine
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；Inamori Research Institute for Science (InaRIS)（稻盛科学研究所）；Kyushu University（九州大学）
研究热机在有限功率下逼近卡诺效率的问题，提出用超导电路热机模拟集体增强来实现，此结果规避了经典马尔可夫热机功率-效率权衡，连接抽象界限与具体平台，为量子器件设计提供途径。
2026-07-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Carnot Cycle at Finite Power: Attainability of Maximal Efficiency
我们想知道在有限的功率下，热机是否能达到最大效率，以及在多大程度上能达到最大效率。为此，我们推广卡诺循环，使其不限于缓慢的过程。我们表明，现实的（即不是有目的地设计的）发动机浴的相互作用，工作最佳的发动机执行广义周期接近最大效率有一个很长的周期时间，因此消失的权力。这方面被证明与计算复杂性理论有关。同样效应的物理表现是蛋白质折叠问题中的莱文塔尔悖论。现实蛋白质的这个悖论的解决方案允许构建引擎，可以在有限的功率下提取最大可能工作的40%，达到最大效率的90%。对于有目的地设计的发动机浴相互作用，卡诺效率可以在大功率下实现。
2013-12-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Self-consistency of optimizing finite-time Carnot engines with the low-dissipation model
用低耗散模型建立的有限时间卡诺热机的最大功率效率（EMP）依赖于不可逆熵产$ΔS^{(\mathrm{ir})}$与工作时间$τ$成反比的假设，即，$ΔS^{(\mathrm{ir})}\propto1/τ$。EMP有限时间等温过程的最佳操作时间必须在反比例标度的有效范围内。然而，由于$1/τ$ -缩放的未知系数，未检验这种一致性。本文以二能级原子热机为例，揭示了低耗散模型下有限时间卡诺热机的优化仅在$η_{\mathrm{C}}\ll1$区域是自洽的，其中$η_{\mathrm{C}}$是卡诺效率.在大的$η_{\mathrm{C}}$范围内，用低耗散模型得到的EMP的操作时间不在$1/τ$标度的有效范围内，并且发现精确的EMP超过了众所周知的界限$η_{+}=η_{\mathrm{C}}/(2-η_{\mathrm{C}})$
2020-12-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stationary engines in and beyond the linear response regime at the Carnot efficiency
本文研究了定常发动机在线性响应区及线性响应区以外达到卡诺效率的条件。我们发现，这一条件的有限尺寸发动机是显着不同的宏观发动机的热力学极限。对于有限尺寸发动机的情况，线性响应区域中的紧耦合条件直接意味着卡诺效率超出线性响应区域的可获得性。与此相反，对于热力学极限下的宏观发动机，有三种类型的机制来获得卡诺效率。一种机制允许发动机仅在线性响应极限内获得卡诺效率，而另外两种机制允许发动机在线性响应范围之外获得卡诺效率。通过引入紧耦合窗口对这三种机制进行了分类。
2017-05-20 cond-mat.stat-mech
Attainability of Carnot Efficiency with Autonomous Engines
研究了具有有限化学电势差的自主发动机的最大效率。我们表明，没有一个特定类型的奇点自治引擎不能达到卡诺效率。此外，我们证明了一个特殊的自治引擎的奇点达到卡诺效率，即使它是宏观的。我们的研究结果清楚地表明，奇点对自主发动机的最大效率起着至关重要的作用。
2015-12-02 cond-mat.stat-mech
Carnot heat engine efficiency with a paramagnetic gas
考虑理想顺磁介质，本文推导了以顺磁气体为工质的卡诺热机的热效率表达式。我们发现，在理想气体，光子气体和可变Chaubergin气体中，效率取决于卡诺循环的最高和最低温度的限制。
2019-05-15 cond-mat.stat-mech
Universal optimization efficiency and bounds of Carnot-like heat engines and refrigerators under shortcuts to isothermality
基于平滑地修改系统-储层相互作用的用于等温性捷径的量子热力学协议，可以显著地加速等温过程，同时保持总体耗散常数[Phys.Rev.X. 10，031015（2020）]，我们以直接和统一的方式扩展了对卡诺式热机和制冷机的优化性能的研究。本文导出了在两种统一的优化准则下的热机的通用优化效率和制冷机的性能优化系数，chi准则和omega准则。我们还推导出了热机和制冷机的普遍上下界，并发现在极端非对称的情况下，这些界限可以达到。
2022-11-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Information-Assisted Carnot Engine Surpasses Standard Thermodynamic Bounds
本文提出卡诺信息机，定量揭示信息与热机性能的关系，证明其可超越标准卡诺效率并实现100%效率，并用自旋-1/2系统和囚禁离子方案加以验证。
2025-07-17 cond-mat.stat-mech physics.data-an quant-ph
Carnot's theorem for nonthermal stationary reservoirs
卡诺定理对工作在两个处于热平衡的贮液器之间的发动机所能达到的最大效率提出了一个基本限制。我们将这一结果推广到任意非热稳态水库的情况，即使有量子相干性。为了做到这一点，我们证明了一个单一的非热储层形式上等价于多个平衡的。最后，我们讨论了实现引擎的可能性，工作在单位效率，利用量子相干性存在于水库。
2011-11-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Efficiency at the maximum power of the power law dissipative Carnot-like Heat engines with non-adiabatic dissipation
研究了有限时间内非绝热耗散（有限时间绝热过程中的内耗散摩擦）卡诺型热机在幂律耗散状态下的最大功率效率。我们发现非绝热耗散不影响广义耗散类卡诺热机在最大功率时效率的最小和最大界。
2019-12-05 cond-mat.stat-mech
Bounds of efficiency at maximum power for linear, superlinear and sublinear irreversible Carnot-like heat engines
基于弱内可逆假设和唯象不可逆热力学，研究了不可逆类卡诺热机的最大功率效率。结果表明，对于最大功率工作的热机，弱内可逆假设可以退化为传统假设。根据传热率与热力学力之间本构关系的不同特点，类卡诺热机可分为线性、超线性和次线性三类。证明了类卡诺热机的电磁脉冲在线性型时分别有界于$η_C/2$和$η_C/(2-η_C)$之间，在超线性型时分别有界于0和$η_C/(2-η_C)$之间，在次线性型时分别有界于$η_C/2$和$η_C$之间，其中$η_C$是卡诺效率.
2012-04-20 cond-mat.stat-mech
Bounds of Efficiency at Maximum Power for Normal-, Sub- and Super-Dissipative Carnot-Like Heat Engines
根据“等温”过程中最小不可逆熵产与完成这些过程所需时间的关系，将类卡诺热机分为正常耗散、亚耗散和超耗散三类。本文证明了正常、亚、超耗散类卡诺热机在最大功率时的效率分别有界于$η_C/2$与$η_C/(2-η_C)$、$η_C /2$与$η_C$、0与$η_C/(2-η_C)$之间。这些边界也被线性、亚线性和超线性不可逆卡诺式发动机所共享[Tu和Wang，Europhys. Lett. 98，40001（2012）]，尽管耗散发动机和不可逆发动机彼此不等价。
2013-01-24 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
Maximum Efficiency of Heat Engines Based on a Small System: Carnot Cycle at the Nanoscale
基于小系统研究了卡诺循环热机的最大效率。结果表明，由于系统的有限性，当工质与热浴接触时，可能出现不可逆性。因此，有一个工作物质依赖于通常的卡诺效率的修正，这是有效的，只有当工作物质是在热力学极限。本文用相对熵导出了卡诺循环热机最大效率的一般而简单的表达式。当工作物质的尺寸增加到热力学极限时，该最大效率渐近地接近通常的卡诺效率。我们的研究扩展了卡诺的结果，任意大小的工作物质的情况下，并展示了小系统中的热力学的微妙之处。
2014-02-04 cond-mat.stat-mech
Brownian Carnot engine
卡诺循环对在两个热浴之间操作的宏观马达的效率施加了基本上限。然而，这个界限需要在微观尺度上重新解释，分子生物发动机和一些人造微引擎在那里运行。正如随机热力学所描述的，微观系统中的能量转移是随机的，热波动引起熵的瞬时减小，允许可能违反卡诺极限。尽管其潜在的相关性的发展热力学的小系统，微观卡诺发动机的实验研究仍然缺乏。在这里，我们报告的卡诺发动机的实验实现与一个单一的光学捕获布朗粒子作为工作物质。我们提出了一个详尽的研究的能量的发动机和分析的波动的有限时间的效率，表明卡诺约束可以被超越为少数的非平衡循环。作为其宏观对应物，我们的卡诺装置的能量学表现出人们期望在不同温度下与浴一起操作的任何微观能量换能器中观察到的基本性质。我们的研究结果表征了发动机中不可逆性的来源和效率的统计特性-这一见解可以激发高效纳米电机设计的新策略。
2015-07-30 cond-mat.stat-mech
A multipurpose information engine that can go beyond the Carnot limit
受Mandal和Jarzynski最近关于自治Maxwell恶魔信息引擎的工作的启发，我们通过引入两种不同的热浴来扩展他们的模型。系统（demon）耦合到存储器寄存器（磁带）和工作源。该系统的性能取决于这两个源之间的相互作用以及热浴。我们已经发现这个系统可以充当发动机、冰箱或橡皮擦。甚至在某些参数空间中，任何两个的组合都是可能的。我们已经实现了发动机的效率大于卡诺极限。制冷机的性能系数也达到大于卡诺极限。
2016-11-07 cond-mat.stat-mech
Irreversible efficiency and Carnot theorem for heat engines operating with multiple heat baths in linear response regime
卡诺定理是热力学第二定律的一种表述，它为在两个热浴之间运行的热机的效率设定了一个基本的上限。卡诺定理可以用更一般化的形式来表述，用于在多个热浴中操作的热机，其中最大效率是在两个热浴之间准静态地操作的可逆热机实现的。在这项研究中，我们确定了热机的不可逆效率与多个热浴在线性响应制度，即，在小的温差和控制参数的缓慢变化下，通过量化不可逆操作的耗散的影响。由于所得结果是基于线性响应理论的普遍框架中的线性响应关系和涨落耗散定理，因而对线性响应区的不可逆热机具有广泛的适用性。
2022-06-02 cond-mat.stat-mech
Geometric Formulation of Power-Efficiency Bounds in Carnot-like Engines
KU Leuven（荷语鲁汶大学）
将卡诺类热机的功率-效率约束转化为归一化分支耗散平面上的几何优化问题，通过线性规划得到幂律耗散下的精确约束。
2026-07-03 cond-mat.stat-mech
Inattainability of Carnot efficiency in the Brownian heat engine
讨论了布朗热机的可逆性。我们对Büttiker-Landauer系统的Kramers方程进行了渐近分析，定量地证明了即使在完全过阻尼极限下，卡诺效率也是不可达到的.这种不可达性归因于温度边界上不可避免的不可逆热流。
2000-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantum-dot Carnot engine at maximum power
我们评估的效率在最大功率的量子点卡诺热机。再现了温度梯度中线性和二次阶系数的普适值。Curzon-Ahlborn效率在弱耗散极限下得到恢复。
2010-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Optimal finite-time Brownian Carnot engine
胶体系统实验控制的最新进展，刺激了中尺度热力学装置生产的革命。功能“教科书”发动机，如斯特林和卡诺循环，已经在远离平衡的胶体系统中产生。与此同时，在设计和分析此类器件方面也取得了重大的理论进展。在这里，我们使用热力学几何的方法来表征最佳的有限时间，非平衡循环操作的参数谐振子接触随时间变化的热浴，特别关注布朗卡诺循环。我们推导出最佳参数化卡诺循环，以及其他两个新的周期，并比较它们的耗散能量，效率和稳态功率生产对彼此和先前测试的实验协议卡诺循环。我们证明了一个20%的改善耗散能量比以前的实验测试协议和$\sim$ 50%的改善，在其他条件下，我们的发动机之一，而我们最终的发动机是更有效和强大的比我们考虑的其他。我们的研究结果提供了实验实现最佳的中尺度热机的手段。
2022-06-14 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
Efficiency at maximum power of low dissipation Carnot engines
我们研究的效率在最大功率，$η^*$，发动机执行有限时间卡诺循环之间的热和冷水库温度$T_h$和$T_c$，分别。对于在可逆极限（长循环时间，零耗散）下达到卡诺效率$η_C=1-T_c/T_h$的发动机，我们发现在低耗散极限下，$η^*$由$η_C/(2-η_C)$和$η_C/2$从上到下限定。当冷等温相和热等温相的耗散比分别趋于零或无穷大时，就达到了这些界限。对于对称耗散（比率1），恢复了Curzon-Ahlborn效率$η_{CA}=1-\sqrt{T_c/T_h}$。
2010-09-15 cond-mat.stat-mech
Achieving Carnot efficiency in a finite-power Brownian Carnot cycle with arbitrary temperature difference
在有限功率下实现卡诺效率是热机中的一个具有挑战性的问题，这是由于对于一般热机而言，效率和功率之间存在折衷关系。指出在不破坏折衷关系的情况下，在系统弛豫时间的消失极限内，可以实现有限功率下的卡诺效率。然而，任何明确的模型，热机，实现这种情况下的任意温差还没有提出。在这里，我们研究一个欠阻尼布朗卡诺循环，其中有限时间绝热过程连接等温过程是战术上采用。我们表明，在上述循环中的弛豫时间的消失极限，卡诺效率和有限功率的兼容性是可以实现的任意温度差。这是理论上解释的基础上得出的权衡关系为我们的周期，这也证实了数值模拟。
2022-03-02 cond-mat.stat-mech
Optimized efficiency at maximum $\dotΩ$ figure of merit and efficient power of Power law dissipative Carnot like heat engines
本文研究了具有有限时间非绝热耗散的两个不可逆等温过程和两个不可逆绝热过程的幂律耗散类卡诺热机循环，研究了在两个优化准则$\dotΩ$优值和有效功率$χ_{ep}$下的效率。在上述优化准则下，得到了最优效率的广义极值界。在耗散水平$δ$ = 1的条件下，得到了低耗散类卡诺热机在这些优化准则下效率的上下界.与最大功率下的效率相印证，该结果还表明，非绝热耗散的存在并不影响低耗散模型中这两个目标函数优化的效率的极值界限。
2021-03-10 cond-mat.stat-mech
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
Low-dissipation Carnot-like heat engines at maximum efficient power
本文以效率与输出功率的乘积（即有效功率）为目标函数，研究了低耗散状态下类卡诺热机的最优性能。有效功率函数代表了热机的功率和效率之间的最佳折衷。我们发现上下限的效率在极端不对称耗散的情况下，当在冷和热接触的耗散系数的比率接近，分别为零或无穷大。此外，我们还得到了对称耗散情况下的效率形式。我们还讨论了最大有效功率下效率的普遍特征，并利用作者最近提出的全局线性不可逆框架导出了效率的界。
2018-06-27 cond-mat.stat-mech
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
Revisiting Endo-reversible Carnot engine: Extending the Yvon engine
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）
本文重新审视内可逆卡诺机，扩展了Yvon机模型，揭示了其与CA机在稳态和循环形式上的等价性，为热力学教学提供了示例。
2024-12-31 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
An Exact Model of the Power/Efficiency Trade-Off While Approaching the Carnot Limit
卡诺热机设定了热机效率的上限。作为一个理想的可逆发动机，一个循环必须在无限长的时间内完成，因此卡诺发动机的功率为零。然而，原则上并不禁止存在一种热机，其效率接近卡诺热机，同时保持有限的功率。这样的发动机必须具有非常特殊的性能，其中一些在文献中已经讨论过，在不同的限制。虽然最近的定理排除了一大类发动机在卡诺效率下保持有限功率的可能性，但接近极限的方法仍然值得深入研究。这里提出的是一个完全可解的模型，这种方法，可以作为一个实验室探索的基本机制。状态方程起源于带电黑洞的扩展热力学。
2018-06-25 cond-mat.stat-mech gr-qc hep-th
Efficiency at maximum power output of linear irreversible Carnot-like heat engines
基于工质在各“等温”过程中的不可逆熵产率是工质与热源之间的热交换率的二次型的假设，研究了线性不可逆类卡诺热机在最大功率输出时的效率。结果表明，在类卡诺循环的两个等温过程中，最大功率输出对应于不可逆熵产的最小化，最大功率输出时的效率具有$η_{mP}={η_C}/(2-γη_C)$的形式，其中$η_C$是卡诺效率，而$γ$取决于工质与两个贮液器之间的传热系数. $η_{mP}$的值介于$η_{-}\equiv η_C/2$和$η_{+}\equivη_C/(2-η_C)$之间。这些结果与Chen和Yan [\textbf{90}，3740（1989）]基于内可逆假设获得的结果一致，与Esposito \textit{et al.} [Phys.Rev.Lett. \textbf{105}，150603（2010）]，以及Schmiedl和Seifert [EPL \textbf{81}，20003（2008）]针对随机热机获得的那些，其实际上也满足低耗散假设。此外，我们发现，内可逆假设恰好适用于基于我们的基本假设的最大功率输出的卡诺类热机，并且我们所关注的卡诺类热机并不严格满足低耗散假设，这意味着低耗散假设或我们的基本假设是充分的，但不是给出了$η_{mP}={η_C}/(2-γη_C)$有效的必要条件以及$η_{-}\equiv η_C/2$和$η_{+}\equivη_C/(2-…
2011-12-09 cond-mat.stat-mech
Quantum heat engine based on trapped Bose gases: Its maximum efficiency can approach the Carnot value at finite power
有文献报道，当且仅当比热、关联长度和动力学指数$α, ν$和$z$满足条件$α-zν>0$，相变可以使量子热机在有限功率下接近卡诺效率。我们从另一种不同的方法开始分析，其中相互作用和涨落对囚禁的稀玻色气体的哈密顿量的影响与$XY$模型具有相同的普适性。基于量子Otto热机模型，我们得到了包含相互作用修正和临界点处涨落的效率的一般表达式，并证明了在$α-zν<0$的玻色-爱因斯坦凝聚点附近，能量涨落可以使卡诺效率达到非零功率.这种量子热机也可以通过在循环的绝热过程中改变限制理想和弱相互作用玻色气体的阱的形状来实现。这些量子热机工作与被困玻色气体，这是基于冷却玻色冷凝物的技术，可以实现在目前的技术。
2022-02-15 cond-mat.stat-mech
Efficiency bounds for nonequilibrium heat engines
我们分析了热机（无论是量子或经典）与一个单一的热库，如大气工作的效率。发动机首先获得能量摄入，这可以以任意非平衡方式进行，例如燃料的燃烧。然后发动机执行工作并返回到初始状态。我们区分两个一般类别的发动机，其中工作机构首先在自身内平衡，然后执行工作（遍历发动机）或当它在平衡之前执行工作（非遍历发动机）。我们表明，在这两种情况下，热力学第二定律限制其效率。对于遍历引擎，我们发现一个严格的上限的效率，这是严格小于等效卡诺效率。也就是说，卡诺效率在单热源热机中永远不可能达到。对于非遍历发动机，效率可以更高，并且可以超过平衡卡诺界限。通过将基本热力学关系推广到非平衡过程，我们找到了各态历经和非各态历经发动机效率的严格热力学界，并证明了它是由非平衡分布和初始平衡分布的相对熵给出的，这些结果为设计更高效的发动机提供了一种新的一般策略.我们用简单的例子来说明我们的想法。
2013-01-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Minimal Model for Carnot Efficiency at Maximum Power
本研究提出一种最小热机模型，借助工作物质内的简并度等固有发散物理量，突破传统热机的功率-效率权衡，实现最大功率下的卡诺效率，为多体系统能量利用的集体优势提供新认知。
2024-11-22 cond-mat.stat-mech
Maximum work for Carnot-like heat engines with infinite heat source
本文分析了类卡诺热机的效率及其最大输出功的界限。传热过程用线性规律描述，导热系数随时间变化。效率的上限被认为是CA效率，并完成每个过程的持续时间和时间依赖的电导无关。证明了即使工质与热源充分换热，所能提取的功也是有限的。分析了换热过程中的最佳温度分布。当无量纲接触时间满足一定的关系时，恢复了内可逆模型。
2014-06-03 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Carnot, Stirling, Ericsson stochastic heat engines: Efficiency at maximum power
本研究探讨了执行类Carnot、Stirling和Ericsson循环的随机热机，通过低耗散框架下的有限时间循环过程，求得了其在最大功率下的效率。
2022-11-09 cond-mat.stat-mech
From Rényi Relative Entropic Generalization to Quantum Thermodynamical Universality
结果表明，当用最大熵原理导出热力学结构时，对于熵的各种选择甚至超越平衡态，热力学结构都是“形式不变的”。热力学的形式不变性是指，当所有进入这个关系的实体都被适当地定义时，自由能（内能减去温度乘以熵）的形式保持不变。其中有用的成分是与热密度矩阵相关的平衡熵和任意密度矩阵与热密度矩阵之间的相对熵。为了描述形式不变性，我们考虑量子Rényi熵版本（由参数$α$索引），即，对所有$α$定义了适当内能和平衡态的Rényi熵。当$α\rightarrow 1$ .此外，我们还证明了第二定律卡诺陈述的\textit{universality}是自由能形式不变性的结果。此外，克劳修斯不等式，这是卡诺循环的前身，也被证明持有基于已知的数据处理不等式的传统和夹心Rényi相对熵。因此，我们发现非平衡态的热力学和偏离平衡态的热力学共同决定了热力学定律。
2015-11-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Experimental implementation of finite-time Carnot cycle
卡诺循环是理想热机的原型，以最大效率从两个热浴之间的热通量中提取机械能，称为卡诺效率$η_{\mathrm{C}}$。这种效率只能通过具有无限时间的消耗平衡过程来达到，同时伴随着单位时间内功率-能量输出的消失。在现实世界的应用中，追求获得高功率导致一个悬而未决的问题，是否存在一个基本的最大效率有限时间热机与给定的功率。我们实验实现了以密封干燥空气为工质的有限时间卡诺循环，验证了功率与效率之间存在权衡关系。发动机的效率达到$(0.524\pm0.034)η_{\mathrm{C}}$，以产生最大功率，与理论预测$η_{\mathrm{C}}/2$一致。我们的结果将为研究由非平衡过程组成的有限时间热力学提供一个新的平台。
2022-06-21 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
Van der Waal's gas equation for an adiabatic process and its Carnot engine efficiency
对于服从范德瓦尔状态方程的气体，已有许多研究。然而，在大学教科书和文献中，还没有对经历绝热过程的范德瓦尔气体进行具体和直接的研究。在绝热过程中，系统与其周围环境之间没有热能交换。本文发现绝热过程的范德瓦尔方程为$\left(P+\frac{n^2a}{V^2}\right) \left(V-nb\right)^Γ=\mbox{constant}$，其中$P$为压力，$V$为体积，$n$为范德瓦尔气体的摩尔数，$a$和$b$为范德瓦尔常数，$Γ$为联系定压定容比热的因子。我们明确地利用这个关系，得到了工质服从范德瓦尔状态方程的卡诺热机的效率。我们最简单的方法可以使大学生清楚地认识到$Γ$不同于理想气体的绝热过程的$γ$。我们还证明了卡诺热机的效率与工质无关。
2017-11-08 cond-mat.stat-mech
Building an irreversible Carnot-like heat engine with an overdamped harmonic oscillator
我们分析了非平衡卡诺循环建立在一个胶体粒子的谐波陷阱，这是沉浸在流体中，作为一个热浴。我们的分析是在过阻尼制度。循环包括四个分支：两个等温过程和两个\textit{locally}绝热过程。在后者中，浴槽的温度和谐波阱的刚度都随时间变化，但以这样的方式，平均热量在所有时间都消失了。所有的分支都以有限的速率扫描，因此，相应的过程是不可逆的，而不是准静态的。具体而言，我们感兴趣的是优化的热机，以提供最大的功率和表征的物理参数的相应值。在最大功率下的效率被证明是非常接近的Curzon-Ahlborn的约束在整个范围内的两个热浴的温度比，指出所提出的协议的接近最优。
2020-06-16 cond-mat.stat-mech
Surpassing Carnot efficiency with relativistic motion
School of Mathematics, Statistics, and Physics, Newcastle University（纽卡斯尔大学数学、统计与物理学院）
研究相对论运动对热机性能的影响，利用Unruh-DeWitt探测器作为工作介质，通过速度调节有效温度，实现超越静止系卡诺效率的热机。
2026-07-03 cond-mat.stat-mech gr-qc quant-ph
Optimal cycles for low-dissipation heat engines
我们考虑有限时间卡诺热机的优化问题，其特点是小耗散。我们用一个简单的不等式来约束功率，并证明了最优策略是围绕给定的工作点执行小循环，从而可以最优地选择。值得注意的是，该最佳点独立于正在被最大化的功率和效率组合的品质因数。此外，对于一般类型的动力学，功率输出与工作物质的热容成比例。由于热容量可以与发动机的组成部分的数量超广泛地缩放，这使我们能够设计出最佳的多体卡诺发动机，在热力学极限下，每个组成部分的有限功率下达到最大效率。
2020-03-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Energetics of a simple microscopic heat engine
我们模拟一个微观热机作为一个粒子跳跃的一维晶格在一个周期性的电势，有或没有负载，辅助的热踢，它从交替放置的热和冷的热浴。我们找到了解析表达式的电流和热流率时，发动机工作在稳态。三个区域被确定为模型作为一个热机或作为一个冰箱或两者都不。在准静态极限下，发动机的效率和制冷机的性能系数分别接近卡诺发动机和卡诺制冷机。我们调查效率的发动机在两个操作条件下（在最大功率和最佳值的能量和时间），并比较它们与内可逆和卡诺发动机。
2005-03-23 cond-mat.stat-mech
The power of a critical heat engine
自从两个世纪前热力学诞生以来，它一直引起人们的兴趣和基本问题。根据第二定律，任何热机的效率都不可能大于卡诺效率。后者可以通过卡诺发动机实现，然而理想情况下，卡诺发动机在无限时间内运行，因此提供零功率。一个目前悬而未决的问题是卡诺效率是否可以在有限的功率实现。大多数以前的作品解决了这个问题的Onsager矩阵形式主义的线性响应理论。在这里，我们追求一个不同的路线的基础上有限尺寸缩放理论。我们专注于量子奥托发动机，并表明，当工作物质处于二阶相变的边缘时，发散的能量波动可以使接近卡诺点而不牺牲功率。这种方法的速度是由临界指数决定的，从而显示了我们分析的普遍性。
2016-06-15 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics at the microscale: from effective heating to the Brownian Carnot engine
本文综述了微尺度下非平衡过程热力学的一系列实验研究。特别是，在这些实验中，我们研究了一个单一的光学捕获微粒浸入水中，并在外部随机力的存在下的热力学性质的波动。在平衡状态下，粒子位置的波动可以用一个有效温度来描述，这个温度可以调节到几千开尔文。等温和非等温热力学过程，也涉及控制参数的变化，通过控制粒子的有效温度和光阱的刚度来实现。由于真正的绝热过程是不可行的胶体系统中，平均绝热协议，没有平均的热量之间交换的粒子和环境进行了讨论和实施。通过连接等温和绝热协议，它示出了如何单粒子卡诺发动机可以构造。最后，我们提供了一个深入的研究的波动的能量和循环的效率。
2016-05-16 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
