Impact of nonideal cycles on the efficiency of quantum heat engines
给定一个量子热机，在一个循环中工作，对于工作物质的含时哈密顿量H（t）达到最大效率，并且总的可控驱动H（t）= g（t）H，我们研究了由于哈密顿量中的一般的与时间无关的扰动而导致的效率与最优值的偏差。我们表明，对于一个工作物质组成的两个两级系统，通过适当地调整的相互作用，偏差可以被抑制到三阶的扰动参数，从而几乎保持发动机的最优性。
2019-05-13 cond-mat.stat-mech 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
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
Performance of quantum heat engines under the influence of long-range interactions
我们研究了一个量子热机与相互作用的多体工作介质组成的长程Kitaev链，探讨长程相互作用的量子发动机的性能中的作用。通过对奥托循环和斯特林循环两种热力学循环的分析研究，证明了长程相互作用热机的功输出和效率比短程相互作用热机的功输出和效率有较大的提高。进一步证明了在Otto循环中，存在一个最佳条件，在该条件下，长程相互作用可以同时实现功输出和效率的最大提高.但是，对于斯特林循环，使功输出最大提高的条件并不导致效率的最大提高。我们还研究了参数制度下，发动机的性能增强的远程相互作用是如何演变的相互作用的范围内减少。
2020-07-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
More bang for your buck: Towards super-adiabatic quantum engines
循环的可逆性质是基于理想准静态动力学假设的理想化。作为这个假设的结果，理想的发动机以最大效率运行，但具有零功率。另一方面，现实的发动机在有限时间内运行，本质上是不可逆的，这意味着在短循环时间内的摩擦效应。工程目标是找到在最大可能功率下允许的最大效率。在当前的技术时代，随着我们在纳米级及更高级别上操纵设备的能力，人们必须了解在量子力学水平上运行的引擎的后果。在这一领域，人们无法避免量子和热涨落的出现，它们极大地改变了循环的能量学。最近，已经表明量子系统的哈密顿量可以通过非绝热捷径以模拟绝热过程的方式被操纵。大量的实验进展已经在实验室中证明了其中的几个建议。在本文中，我们表明，通过利用量子发动机循环中绝热性的捷径，人们可以设计一个在有限功率和零摩擦下工作的循环。我们的研究结果阐明使用谐振子经历量子奥托循环。
2013-05-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Universal efficiency boost in prethermal quantum heat engines at negative temperature
本研究发现，在负温度区域，预热现象能提升量子热机效率，但正温度下则降低效率，揭示了守恒定律对热机性能的影响。
2025-11-26 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Universal principles for sudden-quench quantum Otto engines
本文对量子奥托引擎的幺正做功冲程应用突发淬火近似，推广至任意多体相互作用量子模型，证明净功完全由粒子间关联决定，并发现其普适原理适用于控制任意量子算符强度的系统。
2025-05-28 cond-mat.quant-gas 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
Speed and Efficiency Limits of Multilevel Incoherent Heat Engines
我们提出了一个全面的理论热机（HE）的基础上的量子力学“工作流体”（WF）的调制能级。该理论是有效的任何周期性的驱动哈密尔顿在任何时候都与自己交换，并不诱导在WF的相干性。连续和冲程循环出现在这一理论的相反限制，其中包括迄今不熟悉的周期形式，在这里被称为混合循环。该理论使我们能够发现的速度，功率和效率的限制，可通过非相干操作的多级HE取决于周期的形式和动态制度。
2016-12-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum heat engines with complex working media, complete Otto cycles and heuristics
量子热机利用非经典热力学资源，其中之一是量子工作介质元素之间的相互作用。在本文中，我们研究的准静态量子奥托引擎的性能的基础上，两个任意大小的自旋受到外部磁场和耦合通过各向同性海森堡交换相互作用。先前已经表明，所述相互作用提供了两个自旋为1/2的粒子的循环效率的提高，具有比卡诺效率更紧的上限。然而，对于任意旋转幅度的一般情况，控制发动机性能的必要条件和相关的效率上限是未知的。分析极端情况下的情况下，我们制定的逻辑推断的必要条件，发动机与耦合以及耦合自旋模型。这些条件使我们在量子热机的性能和优化概念之间建立了联系。此外，研究完整的奥托周期固有的平均周期也产生有趣的见解的平均性能。
2021-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Multi-Particle Quantum Szilard Engine with Optimal Cycles Assisted by a Maxwell's Demon
本文给出了由一个工作物质和一个麦克斯韦妖组成的多粒子Szilard发动机的全量子描述。恶魔被建模为具有特定量子控制的多能级量子系统，工作物质由服从玻色-爱因斯坦或费米-狄拉克统计的相同粒子组成。在本说明书中，使用通过较低温度的热浴来擦除恶魔的记忆的可逆方案。结果表明：（1）对于单粒子Szilard发动机，可以对Demon的量子控制进行优化，使Demon辅助热力学循环的效率达到卡诺循环的效率;（2）工质的低温行为对粒子的量子统计特性和隔板的插入位置非常敏感。
2011-12-03 cond-mat.stat-mech physics.data-an quant-ph
Topological Phase Transition in Quantum Heat Engine Cycles
我们探讨了拓扑相变（TPT）的工作和效率的量子热机，它使用单层拓扑绝缘体，锡烯，在外部电场作为工作物质的签名。电场的大小控制锡烯的平凡相和拓扑绝缘体相。我们调查的TPT的影响，在两种类型的热力学循环，有和没有绝热阶段。对于绝热情形，我们考察了量子奥托循环。我们发现，在临界点的TPT无论是功和效率图相对于电场的强度表现出扭结。对于非绝热情形，我们考虑一个理想化的斯特林型循环，其中包含两个等温过程和两个等电过程。我们发现没有签名的TPT，除非引入一个电压偏置，以限制所涉及的能带的费米能级以上的电子流形。在这种情况下，在临界点之上或之下，功和效率都变为零，这取决于等电位级中电场的相对大小。
2018-11-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum-mechanical engine models and their efficiencies
基于量子热力学过程，对典型的热机循环，如卡诺循环、布雷顿循环、奥托循环和狄塞尔循环等进行了量子力学推广。这些热机循环不包括温度，因为在量子力学中能量的概念是有明确定义的，而温度\emph{a priori}不是。这些QM引擎循环是由一个理想的或相互作用的系统与任意数量的粒子限制在一个任意的幂律陷阱。结果表明，量子绝热指数与陷阱指数之间存在着一定的关系，量子绝热循环的效率与经典循环的效率相似，从而证明了量子绝热循环效率的普适性。
2013-02-03 cond-mat.stat-mech
Topological and Finite Size Effects in a Kitaev Chain Heat Engine
研究了奥托循环中具有有限长Kitaev链的热机。采用Hill纳米热力学方法和温度依赖能级方法，考虑了有限尺寸效应。我们区分了对Kitaev链发动机效率和输出功的体积贡献和边界贡献，并将它们分别识别为非奥托热机和制冷机循环。指出了与整体和整体系统相关联的单独运行奥托发动机循环以及在边界处的奥托制冷机的可能性。发现拓扑相的临界点与整体和整体奥托发动机的效率和输出功的极值点重合。
2019-08-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Efficiency of harmonic quantum Otto engines at maximal power
最近的实验突破产生了第一个纳米热机，有可能利用量子资源。一个工具性的问题是，它们的性能如何衡量传统发动机的效率。对于经历量子奥托循环的单离子发动机，已经发现在最大功率下的效率由Curzon-Ahlborn效率给出。这是相当显著的，因为Curzon-Alhbron效率最初是针对内可逆卡诺循环导出的。在这里，我们分析了两个例子内可逆奥托发动机在相同的概念框架Curzon和Ahlborn的原始治疗。我们发现，经典谐振子的内可逆奥托循环的效率在最大功率，确实是由Curzon-Ahlborn效率。然而，我们也发现，由量子谐振子制成的奥托引擎的效率明显更大。
2018-11-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Performance improvement of a fractional quantum Stirling heat engine
研究将分数阶量子力学引入量子斯特林热机循环，提出利用分数阶参数控制热力学循环的新方法，发现调节该参数可扩展实现完美回热与Carnot效率的区域。
2023-05-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Lindblad-Floquet description of finite-time quantum heat engines
自治有限时间量子热机的运行依赖于一个稳定的极限环的存在，在该极限环中动力学变为周期性的。因此，自然出现的两个主要问题是，这样的极限环最终是否会达到，以及一旦达到，系统在极限环内的状态是什么。在本文中，我们表明，应用Floquet的理论Lindblad动态提供了明确的答案，这两个问题。通过移动到一个广义的旋转框架，我们表明，它是可能的，以确定一个单一的对象，Floquet Liouvillian，其中包括所有的操作性能的发动机。首先，它的谱决定收敛到极限环。其次，极限环内的状态正好是它的零本征态，因此把问题简化为确定一个与时间无关的主方程的稳态。为了说明这个理论的有用性，我们将其应用到谐振子的时间周期性工作协议和时间周期性耗散，Ermakov-Lewis理论的开放系统推广。利用这一理论来实现有限时间卡诺引擎受到连续频率调制进行了讨论。
2018-06-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Implementation of a Quantum Engine Fuelled by Information
在这里，我们展示了由信息驱动的量子引擎的完整循环的实现。该引擎是Szilard引擎的量子版本，其中信息用于从环境中提取热量并将其完全转换为功。在我们的实验中，这项工作是用来使一个重量，最初在基态，达到其激发态。在循环的每个步骤之后，我们测量发动机的每个部件的能量和状态，并将它们与理论预测进行比较，以表明循环以高精度实现。我们还进行了实验，以表明发动机在热量提取后与环境隔离良好，并且我们测量了重量的熵，以显示热量完全转化为功。因此，我们成功地证明了信息可以用作单水库发动机的燃料。
2020-06-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Entropy-based analysis of single-qubit Otto and Carnot heat engines
Facultad de Ingeniería, Universidad de la República（共和国大学工程学院）
该研究基于熵基理论分析了单量子比特Otto和Carnot热机的效率，揭示了相干工作与熵生成对热机性能的影响。
2026-01-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
A geometric bound on the efficiency of irreversible thermodynamic cycles
随机热力学彻底改变了我们对有限时间内运行的热机的理解。最近，许多研究已经考虑了热力学循环作为热力学空间（例如经典热力学中的$P-V$空间）中具有给定轮廓的热机的最佳操作，特别关注卡诺发动机。在这项工作中，我们使用热力学几何的镜头，探索整个空间的热力学循环与连续变化的浴温度在寻找最佳形状的周期在缓慢的驱动制度。我们应用经典的等周不等式推导出一个通用的几何约束的任何不可逆的热力学循环的效率，并明确构建有效的热机在有限时间内运行，几乎饱和这个边界的一个特定的模型系统。给定的界限，这些最佳的循环执行更有效地比所有其他热力学循环运行的热机在有限的时间，包括著名的周期，如卡诺，斯特林，奥托。例如，与最近的实验相比，这对应于在某些时间范围内操作的发动机的效率的数量级改进。我们的研究结果提出了新的设计原则，为未来的介观热机和成熟的实验研究。
2022-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Correlation-enhanced Stability of Microscopic Cyclic Heat Engines
对于在有限循环周期内运行的循环热机，热力学量具有循环间和循环内的相关性。通过适当调整驱动协议，我们可以得到负的周期间相关性，以减少通过多个周期的工作波动，这导致增强的稳定性相比，单周期操作。以过阻尼布朗粒子为工作物质的奥托发动机为例，我们通过循环间关联确定了一种获得这种增强稳定性的方案。此外，我们证明，增强可以很容易地实现在目前的实验中，广泛的协议。通过在实验可实现的范围内调整参数，可以将工作的不确定性降低到低于$\sim 50 \%$。
2022-08-04 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
Critical-point behavior of a measurement-based quantum heat engine
我们研究了量子热机在一个与量子相变有关的外部参数的临界值下的性能。考虑一个受磁场作用的双离子系统，我们证明了在磁场的临界值以上，系统处于量子奥托循环，而在该临界值以下，系统根本不处于热循环.此外，在临界点处，其与辅助离子的相互作用使系统作为热机的性能劣化。我们进一步表明，一个基于离子的系统的组成离子之间的强相互作用是至关重要的，它在一个热工作循环的工作，而耦合到辅助系统必须最小化。
2018-12-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
Effects of Magnetic Anisotropy on 3-Qubit Antiferromagnetic Thermal Machines
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso（天主教瓦爾帕萊索大學）；Universidad Técnica Federico Santa María（費德里科·聖塔瑪麗亞理工大學）；Millennium Nucleus in NanoBioPhysics (NNBP)（納米生物物理千年核）；Universidad Mayor（馬約爾大學）；Ohio University（俄亥俄大學）
本研究探讨了磁各向异性对三量子比特反铁磁热机的影响，发现易轴各向异性显著提升Stirling和Otto循环的发动机效率，且Stirling循环在量子临界点实现卡诺效率并展现全部热操作模式。
2024-09-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Internal Geometric Friction in a Kitaev Chain Heat Engine
研究了理想奥托循环中具有有限长Kitaev链的热机。发现拓扑相变的临界点与整个奥托发动机的效率和输出功的最大值相吻合。考虑到使用希尔的纳米热力学的方法，以及使用温度依赖的能级的方法的晶体尺寸的影响。我们确定了Kitaev链发动机的体积和边界热循环，并发现它们是非理想的奥托循环。偏离理想Otto循环的物理过程被认为是一种有限尺寸效应，我们称之为“几何内摩擦”，导致整个系统在绝热转变过程中热量从体块传递到边界。此外，我们确定了制度允许独立运行的一个理想的奥托制冷机在边界和一个理想的奥托发动机在散装和整个系统。此外，我们表明，一阶相变的边界和二阶相变的散装可以通过其各自的贡献，发动机的工作输出。
2020-10-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Extraction of ergotropy: free energy bound and application to open cycle engines
热力学第二定律利用宏观系统自由能的变化来设定做功的界限。遍历性在微观场景中扮演着类似的角色，并被定义为通过酉操作可以从系统中提取的最大能量。在这个分析中，我们量化了多少的各向异性可以诱导系统作为系统的相互作用与热浴的结果，与使用它作为微观机器执行的工作的来源的角度。我们提供了基本的约束量的遍历，可以从环境中提取以这种方式。该边界用非平衡自由能差表示，并在系统哈密顿量的无穷维极限下饱和。对有限维系统的各向异性提取过程进行了数值分析。此外，我们将从环境中提取各向异性的思想应用于一类新的冲程热机的设计中，我们将其标记为开式循环发动机。这些机器的效率和工作生产可以完全优化为2和3维的系统，并提供了更高的维度的数值分析。
2022-10-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantitative Stirling Cycle Measurements: P-V Diagram and Refrigeration
本文介绍了简单的修改示范斯特林发动机，允许一个定量测量的斯特林循环。首先，我们描述的测量的$P$ - $V$图使用廉价的压力传感器和一个共同的光电门。然后，作为补充，通过使用旋转工具转动发动机的飞轮，发动机作为制冷机运行。一个小的，但可测量的，温差发展整个身体的发动机。
2018-11-04 cond-mat.stat-mech physics.ed-ph
Enhanced Efficiency at Maximum Power in a Fock-Darwin Model Quantum Dot Engine
本文研究Fock-Darwin模型量子点作为工质的内可逆磁奥托循环，发现调节抛物势阱强度可优化功率与效率，并证明存在参数区域使最大功率处效率超过经典Curzon-Ahlborn效率。
2023-02-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Endoreversible Stirling cycles: plasma engines at maximal power
研究发现，使用单组分等离子体作为工作物质的斯特林发动机在Curzon-Ahlborn效率下实现最大功率输出，且该结果源于热力学方程状态的线性依赖性，而非具体形式或完整基本关系。
2025-06-19 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Quantum Cycle in Relativistic Non-Commutative Space with Generalized Uncertainty Principle correction
量子热循环和量子制冷机分析使用各种量子系统作为其工作介质。例如，为了评估量子体系中卡诺循环的效率和所做的功，可以将谐振子视为其工作介质。对于所有这些定义明确的工质（在交换空间结构中分析），发动机的效率都没有达到卡诺效率的标准。因此，一个不可避免的问题出现了，当空间结构改变时，人们能否观察到对发动机和制冷机效率的催化效应？本文考虑非对易时空中两种不同工质，在相对论和广义不确定原理修正下，分析了热机循环的效率。以谐振子为工质的量子热机的效率随着非对易参数的增大而提高。在第二工作介质（一维无限深势阱）的情况下，效率在非对易空间结构中表现出恒定的结果。
2020-10-13 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Quantum Brayton Engine of Non-Interacting Fermions in a One-Dimensional Box
我们考虑量子布雷顿循环，从非相互作用的费米子，被困在一个一维的盒子。这个循环中的功和热是从哈密顿量的期望值计算出来的。我们分析计算了循环的效率，效率在最大工作和克劳修斯关系的长度比的函数。我们发现，循环的效率不依赖于费米子的数量。它取决于周期长度的比率。而功率取决于费米子的数量。循环的不可逆性也不依赖于粒子的数量。它只取决于盒子长度的比例。此外，还分析了势壁运动速度有限时循环的效率和功率。我们发现，当我们减少的长度比，在最大功率和最大功率的循环的效率增加。
2019-09-15 cond-mat.stat-mech
The asymmetric Otto engine: frictional effects on performance bounds and operational modes
该研究针对含时谐振子为工作介质的非对称驱动量子奥托引擎，推导效率上界，分析冲程摩擦对性能的不对称影响，对比突跃冲程的运行特性并解析得到完整相图，明确不同运行模式与最优区间。
2023-10-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Hierarchical Onsager symmetries in adiabatically driven linear irreversible heat engines
在现有的线性响应理论的气动驱动的循环热机，Onsager对称性，确定只有现象，和全局和局部Onsager系数之间的关系，定义在一个周期，并在任何时刻的一个周期，分别没有得出。为了解决这一问题，我们发展了一个线性响应理论的速度，在一般高斯热机服从福克-普朗克动力学的参数和温度的变化。我们建立了一个层次关系的全局线性响应关系，定义在一个周期的热机，和本地的，定义在任何时刻的周期。这就产生了一个详细的表达式的全球Onsager系数的局部Onsager系数。此外，我们推导出的效率界，这是更严格的卡诺界，为气动驱动的线性不可逆热机的基础上详细的全球Onsager系数。最后，我们使用最简单的随机布朗热机模型演示了该理论的应用。
2021-05-16 cond-mat.stat-mech
An Imprecise Maxwell's Demon with Feedback Delay: An Exactly Solvable Information Engine Model
本文构建并解析了含测量误差与反馈延迟的二能级有限周期信息引擎模型，给出效率和功率表达式，揭示误差阈值、最优误差及温度与延迟对做功能力的影响。
2024-05-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Performance of shortcut-to-adiabaticity quantum engines
我们考虑一个有限时间内运行的典型量子谐振奥托引擎。我们调查其性能时，捷径绝热技术被用来加快其周期。我们通过明确考虑捷径驾驶的能量成本来计算效率和功率。详细分析了反绝热驱动法、局部反绝热驱动法和逆向工程法三种不同的快捷方法。我们证明，这三者都可以同时提高快速循环的效率和功率，从而优于传统的热机。
2017-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Multi-level quantum Diesel engine of non-interacting fermions in a one-dimensional box
本文考虑了由非相互作用的费米子构成的无温度量子狄塞尔循环玩具模型，费米子被囚禁在一维盒子中。通过改变哈密顿量的期望值，从循环中提取功和能。我们分析计算的效率的循环和效率在最大的工作作为一个函数的压缩比。我们发现，发动机的效率取决于压缩比和截止比。相反，在最大功时的效率可以仅写为压缩比的函数。此外，我们还计算了循环的克劳修斯关系。循环的不可逆程度只取决于截止比。我们还研究了功率和循环效率之间的关系。还研究了输出功率与压缩比的关系。研究发现，对于给定的截止比，无量纲功率输出随着压缩比的增加而减小。
2020-05-10 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
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
Shortcut-to-adiabaticity Otto engine: A twist to finite-time thermodynamics
我们考虑一个有限时间的奥托发动机上运行的量子谐振子和驱动的捷径绝热（STA）技术，以加快其周期。我们研究它的效率和功率时，内摩擦，时间平均工作，和工作波动被用作定量的品质因数，表明时间平均效率和功率是有用的成本函数的发动机的性能的表征。然后，我们使用STA协议关系的有效性的最小允许时间来建立STA驱动周期的最大功率下的效率的物理相关的约束。
2019-02-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Finite-Time Quantum Otto Engine subject to Control Noise and Enhancement Techniques
本文研究控制噪声对有限时间量子奥托发动机性能的影响，提出反绝热驱动和量子润滑两种增强方法，并揭示相干性在功提取中的作用。
2025-07-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Dissipative heat engine is thermodynamically inconsistent
考虑了基于卡诺循环运行的热机，其中所执行的机械功在较暖等温线的温度下在发动机内耗散，并且所产生的热与外部热输入一起被添加到发动机。发动机每个循环所作的功增加了，但损失了前一个循环所消耗的功。结果表明，这样一个耗散的热机是热力学不一致的违反热力学第一和第二热力学定律。现有的采用耗散热机概念的物理模型，特别是飓风发展的热机模型，在物理上是无效的。
2009-10-05 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.class-ph
Ideal heat engine cycles at maximal efficiency -- the ideal gas and beyond
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩郡分校）；Quantum Science Institute, University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩郡分校量子科学研究所）；National Quantum Laboratory（国家量子实验室）
该研究探究特定热机循环的最优工作介质，推导理想斯特林、奥托、布雷顿循环的精确表达式，发现工作介质与温度线性相关的系统可实现最大效率，涵盖理想气体、经典简谐振子及橡皮筋唯象模型。
2026-09-21 cond-mat.stat-mech
Finite-time performance of a cyclic 2d quantum Ising heat engine
本文研究以二维各向异性伊辛模型为工质的有限时间量子奥托循环，基于Onsager精确解确定最优运行参数，并揭示控制功、最优循环时长及净零能量跃迁对热机性能的影响。
2025-07-15 cond-mat.stat-mech
A quantum Otto engine with finite heat baths: energy, correlations, and degradation
我们研究了在两个有限大小的热浴之间运行奥托循环的受驱动谐振子。通过广泛使用高斯量子力学的工具，我们直接模拟发动机的动力学作为一个整体，而不需要做任何近似。这使我们不仅可以从工作介质的角度来理解发动机的非平衡热力学，而且还可以从热浴的角度来理解。对于足够大的浴室，我们的发动机能够运行许多理想的循环，提供有限的功率，同时运行非常接近最大效率。此后，穿过浴，由相互作用产生的扰动突然恶化发动机的性能。我们还研究了系统中产生的相关性，并将工作介质浴和浴浴相关性的建立与发动机性能在许多循环过程中的退化相关联。
2018-04-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic thermodynamics and the Ericsson nano engine -- Efficiency from equilibrium results
本研究针对以耦合热库的磁场中带电量子振子为工质的Ericsson纳米引擎循环，借助量子朗之万方程与稳态热力学函数数值计算准静态效率，发现耦合强度可调控效率至最大值，并分析了效率与工作磁场对的关联。
2025-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
A Coupled Quantum Otto Cycle
本文研究了两个自旋为1/2的系统的一维各向同性海森堡模型作为量子热机。发动机经历四步奥托循环，其中两个绝热分支涉及以固定的耦合常数值改变外部磁场。我们发现发动机的效率高于解耦模型的条件，特别是，我们发现一个上限，这是严格的卡诺约束。指出了一个新的参数值域，这在无相互作用模型中是不可行的。在局部，每一次旋转似乎都会影响热量的流动，其方向与全球温度梯度相反。这种与第二定律的矛盾可以用自旋的局部有效温度来解决。
2010-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Spin quantum heat engines with shortcuts to adiabaticity
考虑了以单自旋和双自旋$1/2$系统为工作介质的有限时间量子Otto循环。为了在有限时间内模拟绝热动力学，我们采用了一种捷径绝热技术，并评估了发动机的性能，包括成本的捷径。我们比较我们的结果与真实的绝热和非绝热性能相同的循环。我们的研究结果清楚地表明，使用捷径绝热方案显着提高量子奥托发动机的性能相比，其绝热和非绝热对应的不同的品质因数。
2019-03-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
MBL-mobile: Quantum engine based on many-body localization
多体定域（MBL）系统在其内在动力学下不热化。MBL的无热性，我们建议，可以利用热力学任务。我们说明这种能力，制定一个奥托发动机循环的量子多体系统。该系统是一个强本地化MBL制度和热（或弱本地化）制度之间的斜坡。MBL系统和热系统的能级相关性之间的差异使得中尺度发动机能够在热力学极限下并行运行，提高了发动机的可靠性，并抑制了最坏情况下的试验。我们估计解析和数值计算发动机的效率和每循环功率。该效率反映了传统热力学奥托发动机的效率。每个周期的功率与系统大小成线性关系，与局部化长度成逆指数关系。这项工作介绍了一个热力学镜头MBL，其中，最近已经研究了很多，现在可以考虑在热力学任务中使用。
2019-02-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum correlated heat engine with nonlinear spin-spin interactions
提出了一种四能级量子热机，其工作物质为两个自旋，外加一个磁场，两个自旋之间通过单轴扭转自旋压缩非线性相互作用耦合.计算了不同参数下发动机的正功和效率。特别是，我们调查的影响，在年底的奥托循环的两个等容过程中，测量的纠缠形成和量子不和谐，对工作提取和效率的量子相关性。量子关联可以提高效率和工作提取的制度的特点。
2014-03-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Otto engine beyond its standard quantum limit
我们提出了一个量子奥托循环的基础上的一个现实的非热平衡电磁场作为其唯一的水库的两能级系统的属性。这种稳定的配置是在不需要对环境状态进行主动控制的情况下产生的，环境状态是一种非相干的热辐射，仅由供应给宏观物体的外部热量维持。值得注意的是，即使对于非理想的有限时间变换，它也大大超过了标准的理想奥托循环，并且在有限功率下渐近地达到单位效率。
2016-02-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic Scovil--Schulz-DuBois machine and its three types of cycles
该研究在 SSDB 热机的量子跃迁轨迹中识别出制冷、热机和中性三种循环，并用半马尔可夫过程方法揭示其统计规律，解释了热浴温度超过阈值后功率不再增加的原因。
2025-01-05 cond-mat.stat-mech
The Critical Behavior of Quantum Stirling Heat Engine
该研究以量子 Rabi 模型为工作物质分析斯特林热机，揭示临界性可提升效率，并推导效率在临界点附近渐近趋于卡诺效率的行为。
2023-07-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal control theory for maximum power of Brownian heat engines
该研究运用最优控制理论，确定了通用阻尼情形下布朗热机的最优循环结构，填补了过阻尼与欠阻尼极限间的研究空白，还明确了实现最大功率的合适摩擦系数，为高性能布朗热机实验研发提供参考。
2024-10-30 cond-mat.stat-mech
Optimizations of Multilevel Quantum Heat Engine with N Noninteracting Fermions Based on Lenoir Cycle
本文研究了在由多层无限深势方阱中的$N$非相互作用费米子组成的量子动力学场中的热机优化问题。费米子作为发动机的工作物质，每个粒子嵌套在不同的能量水平上。通过对量子热机模型的物理参数分析，导出了热机模型的最优性质，对量子热机模型进行了优化。我们研究的模型由一个高能热浴和一个低能沉浴组成。在这两个热源之间发生热漏，将使量子热机模型的效率退化。随着漏热常数的增大，退化程度增大。我们还获得了无量纲功率与发动机效率的循环曲线，其中效率明显受到热泄漏的影响，但与功率输出相反。从曲线上可以看出，随着压缩比的提高，有泄漏的发动机的效率将回到零。最后，我们检查了具有不同水平热漏的每个模型的克劳修斯关系。我们发现，泄漏的模型有一个可逆的过程，对特定的压缩比的每一个变化的热泄漏。然而，由于可逆点之后的$\oint dQ/E>0$，即违反克劳修斯关系，压缩比具有限制。
2022-02-20 cond-mat.stat-mech
