Optimal Efficiency of Heat Engines with Finite-Size Heat Baths
利用信息几何和强大偏差给出了热浴为$n$ -粒子系统的量子（或经典）热机的最优效率。我们给出了最佳的工作提取过程作为一个具体的能量保存统一的时间演化之间的热浴和工作存储。我们表明，我们的最佳工作提取把无序的能量的热浴有序的能量的工作存储，通过评估的熵差的比率，在热浴和工作存储的能量差，分别。通过将统计力学最优效率与宏观热力学边界进行比较，从统计力学的角度评价了有限尺寸热浴宏观热力学的准确性。我们还评估了量子相干性对循环过程的最佳效率的影响，而不限制其循环时间，通过比较经典和量子最佳效率。
2016-08-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Cyclic Cooling Algorithm
我们介绍了一种方案来执行冷却算法，首先由Oscar Boykin等人于2002年提出，在同一组qbit上执行任意次数。我们通过在算法中增加一个额外的交换门和一个浴接触来实现这个目标。这样，一个qbit可以重复地被冷却，而无需向系统添加额外的qbit。通过使用乘积Liouville空间来模拟熔池接触，我们计算了系统的密度矩阵后，给定数量的应用程序的算法。
2007-09-03 quant-ph
Heat Bath Algorithmic Cooled Quantum Otto Engines
我们建议替代量子奥托发动机，使用热浴算法冷却与伙伴配对算法，而不是等容冷却。将处于一个熵阱中的液态核磁共振系统视为工作流体。然后，详细分析了四冲程和二冲程量子奥托发动机的可提取功和热效率。在这些循环中，热浴算法冷却的作用是使用单个熵阱而不是两个。此外，这种冷却算法增加了发动机的功率，减少了一个循环所需的时间。
2019-01-04 quant-ph
Optimal performance of generalized heat engines with finite-size baths of arbitrary multiple conserved quantities beyond i.i.d. scaling
在量子热力学中，有限性的影响很少被考虑。特别是，没有一般的理论，侧重于有限性浴的多个守恒量。然后，我们研究如何广义热机的最佳性能与多个守恒量的变化，在响应的浴的大小。在量子热力学的一般理论中，浴槽的大小是根据系统的相同副本的数量给出的，这甚至不包括体积这样的自然标度。考虑到渐近扩展性，我们处理一个通用的缩放浴自然包括体积缩放。在此基础上，我们得到了反映有限尺寸效应的广义热机性能的一个界，我们称之为细粒度广义卡诺界。我们还构建了一个协议，以实现由这个界限给出的引擎的最佳性能。最后，应用所得到的一般理论，我们处理简单的例子，广义热机。作为非i.i.d.的例子~标度和多守恒量，研究了一个由理想气体交换粒子组成的两个液池的热机，其中应用了体积标度。结果表明，颗粒的质量显着影响该发动机的性能与有限尺寸浴。
2017-11-24 quant-ph
The maximum efficiency of nano heat engines depends on more than temperature
关于热机的最大效率的萨迪卡诺定理在热力学中被认为是非常重要的。这个定理著名地指出，最大效率只取决于发动机所使用的热浴的温度，而不取决于浴的具体结构。在这里，我们表明，当热浴的大小是有限的，当发动机在量子纳米制度，这一说法的修订是必要的。我们表明，人们仍然可以实现卡诺效率，当浴结构上的某些条件得到满足;然而，如果不是这种情况下，那么最大可实现的效率可以减少到一个值，这是严格小于卡诺。我们推导出的情况下，当浴之一是由量子比特的最大效率。此外，我们表明，最大效率是由标准的热力学第二定律，类似于宏观的情况下，或由最大相对熵的不增加，这是一个数量以前与Single Shot制度在许多量子协议。这种相对熵量的出现是由于额外的约束，称为广义自由能，管理nanoregime的结晶转变。我们的研究结果表明，为了最大限度地提高效率，在选择浴哈密顿量应进一步考虑，明确构建量子热机在未来。这种对热力学的理解对旨在构建小型热力机器的纳米级工程具有影响。
2019-08-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
The Quantum Otto Heat Engine with a relativistically moving thermal bath
研究了量子热机执行奥托热力学循环的量子热力学循环。我们使用相对于冷浴具有相对论速度的移动热浴的热性质。作为工作介质，我们使用一个两能级系统和一个谐振子，与一个移动的热浴和一个静态的冷浴相互作用。在目前的工作中，量子热机的研究在高温和低温制度。利用量子热力学和开放量子系统理论，得到了系统的总做功、效率和最大功率时的效率。奥托量子热机的最大效率仅取决于最小能隙和最大能隙的比值。相反，最大功率和提取的功的效率随着速度而降低，因为热浴的运动对于量子热机具有能量成本。此外，最大功率下的效率取决于工作介质的性质。
2021-04-14 quant-ph
Artificial quantum thermal bath: Engineering temperature for a many-body quantum system
温度决定了当一个物理系统与其环境处于能量平衡状态时，观测该系统的相对概率。在本文中，我们提出了一个理论工程的温度的量子系统不同于它的环境温度。我们定义了一个工程量子浴的标准，当耦合到一个量子系统与哈密顿$H$，驱动系统的平衡态$\frac{e^{-H/T}}{\rm{Tr}(e^{-H/T})}$与可调参数$T$。这基本上是数字量子大都会算法的模拟对应物。对于一个超导量子比特系统，我们提出了一个电路QED近似实现这样一个工程热浴驱动损耗谐振器组成。我们的建议开辟了道路，模拟多体量子系统的大小无法访问经典模拟的物理性质。我们还讨论了如何人工热浴可以作为一个混合量子热退火的温度旋钮。
2016-11-04 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con quant-ph
Single-ion quantum Otto engine with always-on bath interaction
我们演示了如何量子奥托引擎（QOE）可以实现使用一个单一的离子和一个永远在线的热环境。选择离子的内部自由度作为工作流体，而运动自由度可以用作冷浴。我们表明，通过改变局部磁场，可以渐近统一的工作效率。我们提出了一个投影测量的内部状态的离子，模仿释放到冷浴在发动机循环的热量。在我们的建议中，与QOE的其他现有建议不同，在发动机循环期间，不需要以替代方式关闭和打开与热浴和冷浴的耦合。这使得该提议在实验上使用可用的抽头离子工程技术是可行的。
2017-05-03 quant-ph
Adaptive heat engine
许多热机的主要限制在于，它们的运行需要在线控制，和/或环境参数（例如热浴的温度）与发动机的内部参数之间的外部配合。我们研究了一个自适应热机模型，其中-由于反馈的功能部分-发动机的结构适应给定的热浴。因此，不需要在线控制和外部配件。发动机可以使用未知的资源，它也可以适应自己的功能，使浴温度接近的结果。我们确定适应的热力学成本，并将它们与有关环境的先验信息联系起来。我们还讨论了适应所必需的结构-功能相互作用的信息约束。
2016-03-19 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Heat Current under Non-perturbative and Non-Markovian Conditions: Applications to Heat Machines
我们考虑一个与不同温度的多个热浴强耦合的量子系统。在这个系统中的量子热输运现象进行了研究，使用两种定义的热流，一个在系统的能量，和其他方面的浴能量。当我们考虑系统-浴相互作用（CASBI）之间的相关性时-它具有纯粹的量子力学起源-浴能量的定义变得不同。我们发现，在强系统-浴耦合的情况下，CASBI是必要的，以保持热流与热力学定律的一致性。然而，在量子主方程方法的上下文中，这两个定义是相同的。通过数值研究，我们证明了这一点的非平衡自旋玻色子模型和一个三能级热机模型在强耦合和非马尔可夫条件下使用减少的分层运动方程的方法。我们观察到的热流和所执行的热机的工作的循环行为，我们发现，它们的相位依赖于系统浴耦合强度。通过对熔池热流的考虑，我们发现，由于CASBI的贡献，热机的效率随着系统-熔池耦合强度的增加而降低。在一个大的系统浴耦合的情况下，效率进一步增加，如果浴温度降低，与固定的浴温度的比率，由于能量本征态的离散性质。这也被认为是量子热机的独特之处。
2017-11-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Adaptive Quantum Heat Engines
对于在两个热浴之间工作的热机，功能性通常取决于一组固定的约束，例如给定的发动机内部结构和给定的浴温度。然而，重要的是设计能够自适应地起作用的热机，特别是当发动机是量子系统并且浴受到波动时。在这里，我们研究一个自适应量子热机的热浴可以有可变的温度模型。我们得到了这样的发动机仍能工作的条件。此外，我们提出了一个增强的热机耦合它与一个适当的控制器，改变了发动机的内部结构。有趣的是，我们证明了这种增强型发动机可以始终运行，并且我们还获得了从该发动机中提取最大功率的条件，用于所有温度的热浴。
2021-03-31 quant-ph
Bath-engineering magnetic order in quantum spin chains: An analytic mapping approach
本文提出一种非微扰解析映射方法，通过控制量子自旋链中连接浴的局域性来构建不同磁序，揭示了自旋-浴耦合对自旋相互作用的影响，并在多种自旋模型中演示了浴诱导的磁序转变与量子相变。
2024-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Comments on Extraction of Work from a Single Thermal Bath in the Quantum Regime
在PRL [1]中，作者声称表明“克劳修斯不等式可以被违反，甚至可以通过参数的循环变化从热浴中提取功（“永久移动”），并且这种行为的物理原因可以追溯到非平衡浴中的量子相干性（原文如此）"。
2007-06-20 quant-ph
Quantum Parametric Oscillator Heat Engines in Squeezed Thermal Baths: Foundational Theoretical Issues
在本文中，我们研究了一类量子引擎的一些基本问题，其中系统由单个量子参量振荡器组成，在由两个交替相位的4个阶段组成的奥托循环中运行：等熵相从任何浴中分离（因此是封闭系统），其中振荡器的固有频率从一个值改变到另一个值，在等温阶段，系统（现在呈现为开放）与一个或两个不同温度的挤压浴接触，其非平衡动力学遵循量子布朗运动的Hu-Paz-Zhang（HPZ）主方程。HPZ方程是一个精确的非马尔可夫方程，它保持了密度算子的正性，并且对a）所有温度，b）浴的任意谱密度，以及c）系统和浴之间的任意耦合强度都有效。利用这些性质，我们研究了量子开放和压缩系统的量子奥托引擎的这两个阶段的理论的一些关键的基础问题。这包括，i）非欧姆低温浴的非马尔可夫制度，ii）在非绝热频率调制中预期的内容，iii）强系统-浴耦合，以及iv）这两个相之间的适当结条件。我们的目标不是提出获得更高效率的方法，而是为覆盖更广泛参数空间的连续变量量子引擎建立更坚实的理论基础，希望能用于探索这种可能性。
2021-06-23 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Geometric characterization for cyclic heat engines far from equilibrium
该研究针对远离平衡的循环热机，通过几何长度与时间尺度建立功率-效率权衡关系，给出功率的几何上界，提供了适用于经典和量子热机的性能几何表征方法。
2024-04-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
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
Efficiency gain and bidirectional operation of quantum engines with decoupled internal levels
我们提出了一种机制，提高效率的量子热机含有内能水平，不耦合到外部的工作汇。增益是通过使用这些水平来实现的，以在与第二定律所指示的方向相反的方向上引导热量。不需要量子相干性、量子相关性或各向异性。一个类似的机制允许发动机反向运行，仍然产生有用功。我们用耦合自旋系统中的一个简单的量子奥托循环来说明这些想法。我们发现这个引擎还表现出其他违反直觉的现象。例如，其效率可以随着热浴之间的温差减小而增加。相反，如果较热的水浴变得太热或较冷的水浴变得太冷，它可能会停止运行。
2022-01-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stabilizing entanglement via symmetry-selective bath engineering in superconducting qubits
巴斯工程，利用耦合到量子系统中的损耗模式来产生非平凡的稳态，是一个诱人的替代门和测量为基础的量子科学。在这里，我们证明了耗散稳定的两个超导transmon量子比特之间的纠缠在一个选择性的方式。我们利用工程对称性的耗散环境，以稳定的目标贝尔状态，我们进一步证明了抑制贝尔状态的相反对称性，由于奇偶选择规则。这种实现是资源高效的，实现了稳态保真度$\mathcal{F} = 0.70$，并且可扩展到多个量子位。
2015-11-02 quant-ph
Decoherence by engineered quantum baths
我们介绍，并确定退相干，广泛的一类非平凡的量子自旋浴，其中包括伊辛，XY和海森堡普遍性类耦合到一个两级系统。对于XY和伊辛普适类，我们提供了一个精确的表达式的衰减的损失的相干超出的情况下，一个中心的自旋均匀耦合到所有的自旋的浴已讨论到目前为止，在文献中。在海森堡自旋浴的情况下，我们研究了退相干的时间依赖的密度矩阵重整化群的手段。我们展示了如何通过使用光晶格中的原子来设计这些浴。
2006-05-05 cond-mat.other quant-ph
Entropy and Temperature of a Quantum Carnot Engine
从动力学由含时循环哈密顿量控制的量子力学系统中提取功是可能的。需要能量浴来操作这样的量子发动机，以代替用于运行传统的经典热力学热机的热浴。能量池的作用是在等能膨胀过程中保持系统哈密顿量的期望值。结果表明，存在这样一个浴导致平衡量子态，最大限度地提高冯诺伊曼熵。量子类似物的某些热力学关系，使人们能够定义的能量浴的温度。
2005-04-21 quant-ph
Power and Efficiency of a Thermal Engine with a Coherent Bath
我们考虑一个由重复的弱相互作用驱动的量子引擎，它与一个热浴的全同三能级原子。该模型首先由Scully等人[Science，2003]引入，其表明能量简并基态之间的相干性作为热力学资源，其允许具有相干性依赖的热化温度的热循环的操作。我们认为一个类似的发动机的准静态限制，并发现基态的相干性也决定了热化率，因此增加输出功率和发动机效率只有当热化温度降低，揭示了一个更微妙的角度一致性作为一种资源。这允许我们通过调整相干性和相对冲程持续时间来优化输出功率。
2019-09-24 quant-ph
Quantum engine efficiency bound beyond the second law of thermodynamics
根据第二定律，循环热机的效率受到卡诺界限的限制，卡诺界限是在可逆性条件下在两个热浴之间操作的发动机所获得的，由此总熵不增加。在热浴和挤压热浴之间运行的量子发动机已经被证明超过了这个界限。然而，它们的最大效率不能由可逆性条件来确定，这可能会产生一个无法实现的高于1的效率界限。在这里，我们确定了一个量子系统和一个浴之间的交换能量的分数，必然会导致熵的变化，并推导出这种变化的不等式。这个不等式揭示了由非热浴供能的量子引擎的效率界限。这个界限并不意味着可逆性，除非两个浴是热的。它不能仅仅从热力学的热力学定律推导出来。
2017-10-29 quant-ph
Engineering entanglement between resonators by hot environment
自主量子热机不需要外部相干驱动或工作输入来执行所需的任务，这使它们成为量子系统热管理的有希望的候选者。在这里，我们提出了一个自治的量子热机，其中两个未耦合的宏观机械谐振器或微波谐振器实现相当大的纠缠通过热的热浴。通过将谐振器耦合到共同的二能级系统或三次谐波振荡器并由热的非相干热浴驱动它，这成为可能。使缠结的关键步骤涉及通过浴光谱过滤实现的热浴的适当工程。我们的研究结果表明，浴光谱过滤可以是一种替代典型的非自治油藏工程计划，以创建异国情调的量子态。
2022-07-08 quant-ph
Geometric phase with nonunitary evolution in presence of a quantum critical bath
几何相位，在弯曲的参数空间中的循环演化所产生的，出现在丰富的物理设置。最近，在很大程度上是出于对量子计算应用的实验现实定义的需要，量子几何相位被推广到开放系统。该定义采取了运动学的方法，与初始状态，这是发展周期性的，但耦合到一个环境-导致校正的几何相位相对于解耦的情况。我们通过测量与环境耦合的自旋二分之一的约化密度矩阵的非幺正演化来获得这种修正。特别是，我们考虑了一个浴，可以调整附近的量子相变，并演示了如何在退相干因子中的临界信息转化为几何相位。实验是用NMR量子模拟器完成的，其中临界环境是用一个量子比特系统建模的。
2010-06-08 quant-ph
Quantum critical engine at finite temperatures
本文构建有限温度热库驱动的量子临界 Otto 发动机，揭示功输出的普适幂律及冷浴温度对绝热极限和功率峰值的影响。
2024-07-05 quant-ph
On the operation of machines powered by quantum non-thermal baths
不同型号的发动机由量子相干，因此非热，浴允许发动机效率超越标准的热力学卡诺约束。这些违规行为要求阐明其内在机制。在这里，我们表明，非热浴不仅可以传递热量，但也机械功的机器。卡诺界限不适用于这样的混合机。有趣的是，它可以表现出双重作用，同时作为发动机和制冷机，效率高达100%。我们的结论是，即使由量子浴驱动的机器可能表现出非常规的性能，但它仍然遵守传统的热力学原理。
2016-07-11 quant-ph
Engineering a multi-level bath for transmons with three-wave mixing and parametric drives
该研究通过参数驱动和三波混频技术，实现了超导谐振子的多级浴调控，展示了其在量子模拟中的应用潜力。
2025-05-05 quant-ph
Effects of system-bath coupling on Photosynthetic heat engine: A polaron master equation approach
本文应用极化子主方程，在较宽的参数范围内研究了光系统II反应中心（PSII RC）激发的量子热机（QHE）模型中，系统浴耦合对电荷转移过程的影响.详细讨论了镀液相关性和温度的影响，以及这些因素的综合作用。结果表明，各种动力学行为。我们解释这些结果的噪声辅助运输效应和动力学本地化，这对应于两个机制的光合复合物中的传输过程的基础：一个是共振能量转移，另一个是动力学本地化效应捕获的极化子主方程。系统浴耦合和浴相关性的影响被纳入有效的系统浴耦合强度确定是否噪声辅助传输效应或动力学本地化占主导地位的动力学和温度调制的平衡的两种机制。此外，这两种机制可以归因于一个物理来源：浴引起的波动。这两种机制是在各自的参数范围内，浴引起的波动所起的双重作用的体现。此外，我们发现，QHE的有效电压表现出优越的鲁棒性相对于浴噪声，只要系统耦合强度不是太大。
2016-11-03 physics.chem-ph quant-ph
Measurement driven single temperature engine
本文从平均功和平均热以及功和热的波动两个方面详细讨论了一个四冲程量子发动机，它与一个测量装置和一个热浴交替地相互作用。分析了以谐振子为工质的内燃机在不同工作冲程速度、不同热浴温度、不同供能措施强度等条件下的效率和可靠性。对于有限持续时间的不完美热化冲程，还分析了发动机的功率。在绝热工作和理想热化冲程的特殊情况下，与双温奥托发动机进行了比较。
2018-05-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Cavity-assisted quantum bath engineering
我们展示了超导人造原子与微波腔体耦合的量子浴工程。通过调整腔中微波光子散粒噪声的频谱，我们创造了一个耗散环境，使原子自主地弛豫到任意指定的基态和激发态的相干叠加态。在存在背景热激发的情况下，这种机制提高了态的纯度，并有效地将修饰原子态冷却到低温。
2012-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Resonator-Assisted Quantum Bath Engineering of a Flux Qubit
我们展示了在微波共面波导谐振器辅助下制备任意轨道态的超导磁通量子比特的量子浴工程。研究了布洛赫球上任意方向旋转的偏振效率，并利用马尔可夫主方程的收敛条件得到了有效拉比频率。当微波谐振器的频谱与驱动器的特别定制的拉比和谐振频率相匹配时，可以在由谐振器光子损耗产生的耗散环境中有效地实现极化过程。我们的计算表明，对于实验上合理的样品参数，理论上可以达到99%以上的态制备纯度和微秒量级的所需时间。此外，我们的建议可以应用于其他具有基于自旋的量子位的系统。
2015-01-06 quant-ph
Engineering a heat engine purely driven by quantum coherence
量子相干性对量子热机的性能是有利还是有害的问题已经被彻底研究，但仍然没有决定。为了隔离相干性的贡献，我们分析了一个纯粹的相干性驱动的量子热机，一个设备，不包括任何热流在热力学循环的性能。该引擎由多量子位系统的相干性提供动力，其中每个量子位通过使用Jaynes-Cummings模型与相干浴相互作用而充电。我们证明，最佳的相干充电，因此可提取的工作时，实现的相干浴有一个中间程度的一致性。在我们的模型中，当使用四个带电量子比特的副本时，可提取的功最大化。同时，引擎的效率，由每个输入相干流的可提取的工作，通过避免被存储在系统浴相关性，是不可访问的工作，被优化。我们数值计算发现，最高的效率是获得较低的温度和较弱的系统浴耦合比最佳的相干充电。
2023-01-31 quant-ph
Experimental bath engineering for quantitative studies of quantum control
我们开发并演示了一种在量子系统中设计通用单一浴的技术。使用酉退相干之间的对应关系，由于周围的环境噪声和量子比特的控制系统中的错误，我们展示了各种各样的相关的经典误差模型可以通过在产生谐振载波信号的矢量信号发生器上的同相/正交调制来实现。我们证明了我们的方法，通过高带宽调制的12.6 GHz载波适合于捕获$^{171}$ Yb $^{+}$离子。实验证明了在工程浴存在下系统中相干寿命的减少，其中观察到的$T_{2}$缩放如本文所述的定量模型所预测。这些技术构成了量子控制协议定量测试工具包的基础，帮助实验学家描述其量子相干系统的性能。
2014-04-08 physics.atom-ph quant-ph
Direct Experimental Observation of Quantum Mpemba Effect without Bath Engineering
该研究在无需浴工程的条件下，实验观测了核自旋热化过程中的量子Mpemba效应与真正量子Mpemba效应，理论推导并制备了特定核自旋态，证实这些效应在量子系统热化中可自然发生。
2025-09-16 quant-ph
Mimicking a Squeezed Bath Interaction: Quantum Reservoir Engineering with Atoms
原子二能级系统与压缩真空的相互作用导致原子动力学中有趣的新效应，包括共振荧光和吸收光谱中的谱线窄化，以及原子极化的同相和异相分量的抑制（增强）衰减。在实验方面，这些预言至今还无法观测到，主要是因为很难将原子嵌入4 π压缩真空中。在本文中，我们展示了如何“工程师”的挤压浴型相互作用的有效的两能级系统。在最简单的例子中，我们的二能级原子由具有角动量J=1/2 -> J=1/2跃迁（四能级系统）的原子的两个基态表示，该原子由（弱）激光场驱动并耦合到辐射模的真空库。光抽运中自发发射通道间的干涉导致了压缩浴型耦合，从而导致了布洛赫球上衰变的对称性破缺。使用该系统，应该可以观察到在挤压浴-原子相互作用的背景下预测的效应。激光参数允许人们选择压缩浴相互作用的性质，例如（有效）光子数期望数N和压缩相位φ。我们提出了一个详细的分析和数值研究的结果。
1997-06-13 quant-ph
Quantum statistics of a single-atom Scovil-Schulz-DuBois heat engine
研究了Scovil和Schulz-DuBois（SSDB）提出的单原子量子热机的激光输出统计特性。在这个热机模型中，单个三能级原子与光腔强耦合，同时与冷热热浴接触。我们推导了这种热机模型的全量子激光方程，并得到了低于和高于激光阈值的光子数分布。随着热浴温度的升高，粒子数反转，产生激光。然而，我们注意到，如果热浴温度继续增加，原子的衰变率也会增加，这会削弱激光增益。结果，在热浴的非常高的温度处出现另一个临界点，在该临界点之后，输出光再次变成热辐射。为了避免这种双阈值行为，我们引入了一个四能级热机模型，其中原子衰变率不依赖于热浴温度。在这种情况下，激光阈值更容易实现，并且双阈值行为消失。
2017-12-08 quant-ph
Dynamics of a strongly coupled quantum heat engine -- computing bath observables from the hierarchy of pure states
基于HOPS方法精确计算强耦合量子热机及其浴的动力学，揭示相互作用能不可忽略，并发现通过时间重叠调制可从浴相互作用中获取能量。
2024-02-08 quant-ph
Emergent Quantum Synchronization Without Symmetry Breaking
Universidad del Valle（瓦列大学）；University of Oslo（奥斯陆大学）
研究通过压缩耗散浴将二分非常规迪克模型耦合相变为控制参数，抑制静态超辐射阈值，使两自旋系综同步，用奇偶性偶数的信息理论见证来认证同步状态。
2026-10-28 quant-ph
The multilevel four-stroke swap engine and its environment
本文分析了一个多级四冲程发动机，其中热化斯托克斯是由浴粒子的幺正碰撞产生的。即使在远离热平衡和强系统-浴槽耦合的情况下，该模型也是可解的。推导了热机作为发动机或制冷机的必要运行条件。我们将设备的工作和效率与浴槽的局部和非局部统计特性（纯度、相互重合等）相关联。特别地，我们将克劳修斯不等式与浴池的对称化相对熵（杰弗里斯发散）联系起来。其他Clausius类不等式也被推导出来。最后，在超高温区，我们优化了多级发动机的工作，并得到了更简单的形式的工作和效率。
2014-04-24 physics.atom-ph quant-ph
Quantum bath engineering of a high impedance microwave mode through quasiparticle tunneling
我们展示了微波量子光学中耗散工程的一种新方法。对于单模，耗散通常对应于量子跃迁，其中光子一个接一个地丢失。在这里，我们能够使用简单的直流电压将每次跳跃的最小丢失光子数调整为两个（或更多）。因此，不同的量子态经历不同的耗散。因果关系意味着状态也必须经历不同的能量转移。我们对这些兰姆位移的测量与Kramers-Kronig关系在高度非线性浴耦合状态下对单量子态的预测吻合得很好。这项工作为在电路QED中操纵量子态提供了新的可能性，而不依赖于约瑟夫森效应。
2022-09-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Finite-time quantum Otto engine with a squeezed thermal bath: Role of quantum coherence and squeezing in the performance and fluctuations
考虑一个有限时间量子Otto热机，它由两个等容（热接触）过程和两个幺正驱动冲程组成，在等容过程中，系统交替地耦合到一个热的压缩热库和一个冷的热库，在幺正驱动冲程中，系统与这两个热库隔离，系统的冯诺伊曼熵保持恒定.量子内摩擦和相干都是沿着驱动冲程产生的，并且在有限时间热等容线之后相干不能被完全擦除。使用全计数统计，我们提出的概率分布函数的热注入和总的工作，每个周期，这是依赖于沿每个过程的持续时间。在此基础上，我们导出了包含相干、压缩、内摩擦和有限时间热交换效应的二能级热机的总功、热效率、熵产生和功涨落等热力学量的解析表达式。然后，我们数值确定的热力学量和波动使用的参数在实验中实施。我们的结果澄清了相干和压缩的作用，在量子奥托引擎的性能和波动。
2022-05-26 quant-ph
An endoreversible quantum heat engine driven by atomic collisions
量子热机受到与其离散能谱相关的量子涨落的影响。这样的波动对量子引擎在微观领域的可靠运行提出了质疑。我们在超冷的铷浴中实现了铯杂质大准自旋态的内可逆量子奥托循环。内可逆机器是内部可逆的，不可逆损失仅通过热接触发生。我们采用量子控制的机器和浴，以抑制内部耗散和调节方向的热传递，发生通过非弹性自旋交换碰撞。此外，我们还使用单个原子的全计数统计来监测单量子水平上发动机和浴槽之间的热交换，并评估功率输出的平均值和方差。我们优化了量子引擎的性能以及稳定性，实现了高效率，大功率输出和小功率输出波动。
2020-09-23 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Steady States of a Single Trapped-Ion Spin Coupled to an Engineered Non-Markovian Bath
University of Waterloo（滑铁卢大学）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）
该研究利用囚禁离子量子模拟器模拟单个自旋 - 1/2 驱动 - 耗散系统，通过实验比较非马尔可夫与马尔可夫浴场稳态，发现非马尔可夫通道能显著改变稳态，展示了结构化环境中量子系统的丰富性，为量子库工程开辟新可能。
2026-08-25 quant-ph
Effects of system-bath entanglement on the performance of light-harvesting systems: A quantum heat engine perspective
我们探讨在一个通用的三能级系统，这是耦合到三个非平衡浴能量转移。基于量子热机的概念，我们的三能级模型描述了双量子点中的非平衡量子过程，包括光捕获能量传递、纳米尺度热传递、光致异构化和光致异构化。在光捕获的背景下，激发能首先被太阳光泵浦，然后通过耦合到声子池的两个激发态转移，最后衰减到基态。通过极化子变换的主方程的稳态分析，这个过程的效率进行评估，从而可以覆盖广泛的系统声子耦合强度。我们发现，耦合的声子浴不仅修改了稳态，导致人口反转，但也引入了有限的稳态相干性，优化能量转移通量和效率。在强耦合极限下，稳态相干消失，效率接近Scovil和Schultz-Dubois在Phys. Rew. Lett. 2，262（1959）。
2015-08-19 physics.bio-ph quant-ph
Impact of Information on Quantum Heat Engines
Istituto Nanoscienze-CNR（意大利国家纳米科学研究所）；NEST Scuola Normale Superiore（新实验科学与技术中心）
本文提出一个通用框架，研究信息在量子热机中的作用，通过Maxwell妖的反馈控制，揭示信息对热机性能的复杂影响，以双量子比特引擎为例展示应用。
2026-05-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Engineering and harnessing giant atoms in high-dimensional baths: a cold atoms' implementation
发射体同时耦合到光子池的远处位置，即所谓的巨原子，代表了量子光学的一种新范式。当耦合到一维浴，最近实施的传输线或SAW波导，它们导致惊人的效果，如手性发射或消相干自由原子相互作用。在这里，我们展示了如何在动态状态相关的光晶格中产生巨原子，这为将它们耦合到任意尺寸的结构化浴中提供了可能性。这为量子模拟的各种现象和机会开辟了新的途径。特别是，我们展示了如何设计非常规的辐射模式，如多向手性发射，以及集体相互作用，可用于模拟非平衡多体动力学，在其他设置中没有类似物。此外，我们提供的利用高维度巨原子的方法可以导出到其他平台，在那里可以设计这种非局部耦合。
2019-03-25 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Collective effects enhanced multi-qubit information engines
研究集体耦合到单热浴的多量子比特量子信息引擎，证明在高温下利用集体效应和磁化信息可显著提升功输出等性能，其优势源于正磁化态高能级占据概率更高。
2023-11-18 quant-ph
Phononic bath engineering of a superconducting qubit
本研究将超导量子比特耦合到压电表面声波声子库，通过调控声子耗散塑造量子比特损耗谱，实现了叠加态的制备与动力学稳定，为开放量子系统研究提供新平台，深化了对超导量子比特机械损耗的认知。
2023-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Three-dimensional harmonic oscillator as a quantum Otto engine
提出以三维谐振子构建量子 Otto 发动机，用一个模式作工作流体、两个模式作热库并通过中心势控制耦合，数值模拟四冲程并验证效率与理论吻合。
2023-12-06 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
Swift heat transfer by fast-forward driving in open quantum systems
通常，时间依赖的热力学协议需要渐近缓慢地运行，以避免耗散损失。通过将反非绝热驱动和Floquet工程的想法应用于开放系统，我们开发了快速转发协议，用于快速热化本地耦合到光学声子浴的系统振荡器。这些协议控制系统频率和系统-浴耦合以诱导系统和浴之间的共振状态交换。我们应用快速前进的协议，以实现一个快速的近似奥托发动机工作在高功率附近的卡诺效率。我们的研究结果表明，快速冷却协议耦合多体系统的设计原则。
2019-02-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Autonomous quantum heat engine using an electron shuttle
提出了一种基于单电子梭热驱动振荡的自治量子热机。该装置的电子自由度充当内部动态控制器，其切换发动机与热浴器的相互作用。我们表明，除了通过热浴的能量通量，能量通量归因于控制器，它会影响发动机功率。
2018-09-12 quant-ph
Quantum kicked harmonic oscillator in contact with a heat bath
我们考虑量子谐振子与有限温度浴接触，由Caldeira-Leggett主方程建模。应用周期踢的振荡器，我们研究了系统在不同的动力学制度之间的经典可积性和混沌一方面，弹道或扩散能量吸收的其他。然后，我们调查在每种情况下的振荡器上的热浴的影响。相空间技术使我们能够有效地模拟系统的演化。通过这种方式，我们计算高分辨率的维格纳函数在很长的时间，系统接近一个准平稳的循环演化。因此，我们能够进行一个精确的研究的热力学性质的不可积，量子混沌系统与热浴接触。
2016-06-19 quant-ph
A self-contained quantum harmonic engine
我们提出了一个由三个量子谐振子组成的系统，作为一个紧凑的量子发动机，用于产生机械功。这三个振荡器分别起到热浴、工作介质和冷浴的作用。工作介质执行奥托循环，在此期间其频率改变，并且其顺序地耦合到另外两个振荡器中的每一个。由于这两种环境是有限的，机器的寿命是有限的，在一些周期后，它停止工作，需要重置。我们分析了在撞击过程中产生的纠缠和量子不和谐，并表明高的工作产生总是伴随着大的量子关联。
2018-03-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
