Non-Commutative space: boon or bane for quantum engines and refrigerators
各种量子系统被认为是分析量子热循环和量子制冷机的工作物质。目前的技术挑战是如何有效地将热机的热能转换为机械功。卡诺的开创性工作提出了热机效率的一个基本上限-卡诺极限。然而，热机可以通过利用非平衡储层在基本上限之外操作。在这里，空间结构的变化引入了非平衡效应。因此，一个问题出现了，空间结构的变化是否能为量子引擎和冰箱提供任何推动力。分析了非对易空间中的热循环效率和制冷循环的性能系数。量子热机的效率随着空间结构的变化比传统的量子热机得到提高，但与制冷机的COP相比，非对易参数对效率的影响较小。与谐振子相比，非对易空间谐振子制冷循环的性能系数有较大的提高。
2020-03-13 quant-ph
Temperature- and interaction-tweaked efficiency boost of finite-time robust quantum Otto engines
本文研究有限时间量子奥托引擎的效率提升，发现调节工质初始温度和引入辅助量子比特相互作用可提高效率，并证明这些优势在系统-热浴耦合存在玻璃态无序时仍能保持。
2023-09-20 quant-ph
Non-Markovian thermal operations boosting the performance of quantum heat engines
它是调查是否非马尔可夫，即，由于系统与其环境的耦合而产生的记忆效应对于量子热机的性能是有益的。具体而言，考虑两个物理模型。第一个是众所周知的单量子比特奥托引擎;非马尔可夫行为是通过用所谓的极端热操作取代标准热化冲程来实现的，如果没有记忆效应，这种极端热操作就无法实现。第二种是三冲程发动机，其中循环由两个极端热操作和单个量子位旋转组成。结果表明，非马尔可夫奥托发动机可以产生更多的工作，每周期为一个给定的效率比它的马尔可夫对应，而这两种设置的性能优于三冲程发动机。此外，与马尔可夫奥托发动机相比，非马尔可夫奥托发动机和三冲程发动机都可以减少工作波动，其相对优势取决于性能目标。这证明了非马尔可夫性对量子热机的平均性能和运行稳定性的有益影响。
2022-07-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Boosting work characteristics and overall heat engine performance via shortcuts to adiabaticity: quantum and classical systems
在一个一般的框架下，绝热过程的捷径被证明是可能的，在经典系统。然后，我们研究的分布函数的工作在一个小的系统，最初准备在热平衡。研究发现，通过绝热过程的捷径，可以显着减少工作波动。例如，在经典情况下，具有非常大或几乎为零的功值的概率被抑制。在量子情况下，负功可以从非正定的功值中完全去掉。我们还将我们的研究结果应用到微型奥托循环为基础的热机。结果表明，使用的捷径，直接提高了发动机的输出功率，也可以增加热机的效率大幅提高，在量子和经典的制度。
2013-12-21 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
Collective operation of quantum heat machines via coherence recycling, and coherence induced reversibility
集体行为是一组元素相互作用并产生超出单个非相互作用元素所能达到的效果，在物理学中一直很感兴趣。没有经典类似物的量子集体效应甚至更有趣。在这项工作中，我们将展示如何构建集体量子热机，并探索它们相对于常规机器的性能提升。如果没有机器之间的相互作用，各个单元以随机的、非量子的方式运行。通过引入两个简单的量子操作：相干提取和相干注入，集体机器的构建成为可能。这些操作一起可以从一个引擎中获得一致性，并使用它来提高稍微不同的引擎的性能。对于弱驱动的发动机，我们表明，集体工作输出的规模平方与发动机的数量，而不是线性的。最终，升压饱和，缩放变为线性。尽管如此，即使在饱和状态下，与单独操作相比，工作仍显着增加。为了研究集体机器的可逆性，我们引入了“熵污染”度量。它表明，有一个制度，集体机器是N倍更可逆的，同时产生N倍多的工作，相比于单独操作的N个单位。此外，集体机器甚至可以比集体中最可逆的单元更可逆。这种高水平的可逆性成为可能，由于一个特殊的共生机制之间的引擎对。
2016-05-01 quant-ph
Boosting the performance of the Quantum Otto heat engines
为了优化有限时间循环热机的性能，了解热力学过程的有限时间效应是非常重要的。在此之前，我们已经证明了在有限时间内完成量子绝热过程需要额外的功，并且证明了对于长的控制时间τ，额外的功遵循\mathcal{C} /τ^{2}标度。由于特定量子系统的复杂能级结构，额外功的振荡部分被忽略了。然而，在一些能级结构简单的量子系统中，这种额外功的振荡是不可忽略的。G.二能级系统或量子谐振子。在本文中，我们建立了有限时间量子奥托引擎在这些简单的系统，并发现振荡的额外的工作导致锯齿边缘的输出功率和效率之间的约束关系。通过优化量子绝热过程的控制时间，利用额外功的振荡来提高最大功率和效率。我们进一步设计了特殊的控制方案，在特定的控制时间零额外的工作。与线性控制方案相比，这些有限时间绝热过程的特殊控制方案提高了有限时间奥托发动机的最大功率和效率。
2019-07-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Cooperative Effects in Thin Dielectric Layers: Long-Range Dicke Superradiance
本研究探讨薄介电层中量子发射器的集体效应，发现导波模式介导长程相互作用，实现跨越数波长的全向与定向超辐射，并支持均匀环境中无法实现的迪克超辐射，揭示了环境维度与集体量子动力学的独特关联。
2025-01-24 physics.atom-ph quant-ph
Polarization-selective quantum cooperative response in dual-species atom arrays
Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院光电技术研究所）；College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术学院）
该研究通过双物种亚波长原子阵列实现极化选择性量子光调制，利用极化率差异打破对称性，展示可扩展的量子光调控技术。
2026-03-12 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Performance of the collective three-level quantum thermal engine
我们调查的微观量子热机组成的V-或λ-型发射器相互作用的集体或独立时，与环境的热库接触的性能。虽然卡诺循环的效率总是高于与这些设置相关的效率，但我们发现，在类似条件下，协作的λ型热机的性能可能大于V型。发射器之间的协同性对于λ型装置起着重要作用，显著提高了其性能，而对于V型热机则不太相关。这是因为工作原子跃迁的布居数反转以及它的非对角元素对于这两个原子系综表现不同。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
A many-body heat engine at criticality
我们表明，量子奥托循环中的介质，相互作用的超冷气体，驱动之间的超流体和绝缘相可以优于类似的单粒子循环。两相之间存在能隙可用于改善性能，而晶格力和颗粒分布之间的相互作用可导致多体协同效应。由于有限的时间驱动这个周期可以创建不必要的非平衡动力学，可以显着损害发动机循环的性能，我们还设计了一个近似的捷径绝热的多体状态，可以用来实现一个有效的奥托循环周围的临界点。
2020-12-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Giant boost of the quantum metric in disordered one dimensional flat band systems
这是一个众所周知的事实，在一维系统中的常规量子输运的无序有其最显着的影响。在平带（FB）系统，它揭示了在FB能量的电导率是强大的对无序，甚至可以大大提高。此外，挑战我们对物理现象的理解，巨大的增加发生在低FB态密度的极限。奇异行为的量子度规的FB本征态被发现是在这些意想不到的和令人费解的功能的核心。我们的发现对其他物理系统应该有有趣的影响，并可能开辟工程策略，以提高二维超导FB材料的临界温度。
2022-09-06 cond-mat.dis-nn quant-ph
Experimental demonstration of quantum effects in the operation of microscopic heat engines
热机是从热源中提取有用功的机器，是经典热力学的基本理论结构和基本应用之一。热机的经典描述不包括其微观自由度的相干性。相比之下，量子热机的内部状态可能具有相干性。虽然卡诺效率不能被超越，并且相干性在某些条件下可能会降低性能，但最近预测，即使仅使用热资源，内部相干性也可以使量子热机能够产生比使用相同资源的任何经典热机更多的功率。因此，这种功率提升构成了量子热力学特征。它也已被证明，相干的存在下的结果在热力学等效的不同的量子热机类型，没有经典的对应效果。最近已经用捕获的离子实现了微观热机，并且已经提出了使用超导电路和光学机械的热机的建议。然而，当使用标准热浴操作时，迄今为止实现的机器在其热力学量中没有表现出任何固有的量子特征。在这里，我们实现了两种类型的量子热机通过使用金刚石中的氮空位中心的系综，并实验证明了相干功率提升和不同的热机类型的等效性。这是第一次在热机中观察到量子热力学特征。
2018-01-05 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph quant-ph
Dominant Strategies in Two Qubit Quantum Computations
纳什均衡是非严格竞争、非合作博弈论中的一个解决方案概念，在各种科学和工程学科中都有应用。本文提出了一个非严格竞争、非合作的双量子比特量子计算博弈模型，通过量子计算状态空间的内积来刻画量子计算的纳什均衡.纳什均衡结果在给定的约束条件下是最优的，因此提供了两个量子比特量子计算的约束优化的博弈论度量。
2015-02-04 cs.GT math-ph math.MP
Quantum Cooperative Robotics and Autonomy
California State Polytechnic University, Pomona（加州州立理工大学波莫纳分校）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Brunel University London（伦敦布鲁内尔大学）
本文探讨了量子技术与机器人自主性的交叉。这两个领域结合在一起，建立了一个跨学科的接口，有助于推进系统自治领域，并推动工程边界超越现有技术。本研究采用量子纠缠和量子密码学的实验方面，并将这些既定的量子能力集成到分布式机器人平台，探索实现更多的自主权的控制多智能体机器人系统参与合作任务的可能性。实验量子能力是通过产生单光子（使用自发参数下转换过程），光子的偏振，检测垂直和水平偏振，和单光子检测/计数。具体地说，这种量子方面是在经典代理的网络上实现的，即，传统的空中和地面机器人/无人系统。关于机器人应用的经典系统，利用量子技术预计将导致有保证的安全性，非常快速的控制和通信，以及无与伦比的量子能力，如纠缠和量子叠加，这将使新的应用成为可能。
2020-07-24 cs.RO cs.SY eess.SY
