Quantum heat engine with continuum working medium
介绍了一种新的量子热机，其工作介质是一个具有离散能级和连续能级的量子系统。计算和讨论了该发动机的净功。结果表明，这种量子热机在高温和低温极限下都具有与二能级量子热机相似的性能，但在不同的温度下工作。这种量子热机的效率也提出和讨论。
2006-07-18 quant-ph
Fractional Quantum Heat Engine
在这项工作中，我们介绍了分数量子热机的概念。以空间分数量子Szilard热机为例，说明了空间分数量子热机比传统量子热机具有更高的效率.
2021-03-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Revealing the strokes of autonomous quantum heat engines with work and heat fluctuations
我们分析了一个自治热电发动机组成的两个超导量子耦合到单独的热浴和连接的约瑟夫森结。功和热是过程量，不是发动机量子系统的可观测量，但它们的速率可以由相应系统可观测量的稳态期望值导出，它们的涨落由GKLS主方程和量子回归定理确定的关联函数给出.关联函数还揭示了隐藏在稳定状态下的能量的周期性动态转移--发动机的冲程。
2020-01-21 quant-ph
Quantum Thermodynamic Cycles and quantum heat engines
为了描述量子热机，本文系统地研究了量子热力学循环的等温和等容过程。在此基础上，明确地定义了卡诺热机和奥托热机的量子形式。我们还研究了量子卡诺和奥托热机的性质，并与经典热机进行了比较。考虑到这两种量子热机各自的量子热力学过程，研究了它们之间的关系和映射。此外，我们还讨论了麦克斯韦妖在量子热力学循环中的作用。我们发现，即使存在这样一个恶魔，当恶魔被正确地包括作为热机的工作物质的一部分时，也没有违反第二定律。
2007-04-03 quant-ph
On the Computational Power of Molecular Heat Engines
热机是一种利用热储器和冷储器之间的温差做功的机器。在这里，两个水库是量子系统和一个热机描述的幺正变换，减少了平均能量的二分系统。在分子尺度上，实现这样一个单一的热机的能力与执行逻辑运算和经典计算的能力密切相关。通过几个例子说明了这一点：（1）最基本的热机是作用于具有不同能隙的1热1冷两能级系统的SWAP门。(2)一对三能级系统上的最优酉热机可以直接实现或门和非门，以及复制操作。因此，在从热和冷系综中取出的每对3-能级系统上实现该热机的能力允许通用经典计算。(3)最佳热机工作在一个热态和一个冷态的不同频率的振荡器模式，能够近似计算多项式和根。(4)一个最优热机作用于不同层间距的1热n冷两层系统甚至可以解决NP完全问题KNAPSACK。虽然已经知道相互作用多粒子系统的基态的确定是NP-难的，但最佳热机是一个热力学问题，即使对于n个非相互作用自旋系统也是NP-难的。这一结果表明，分子热机的效率可能有复杂性理论的限制。
2005-02-02 quant-ph
Initial demonstration of a quantum heat engine based on dissipation-engineered superconducting circuits
Aalto University（阿尔托大学）；VTT Technical Research Centre of Finland（芬兰技术研究中心）
利用超导电路和量子电路冰箱作为可调热库，通过量子奥托循环实现量子热机，测量到正输出功率和效率。
2026-06-29 quant-ph
The second law, Maxwell's daemon and work derivable from quantum heat engines
利用一类由双能量本征态系统组成的量子热机，在循环的不同阶段分别经历量子绝热过程和与热浴的能量交换，我们能够阐明热力学第二定律的一些重要方面。量子热机也提供了一种实用的方法，作为西拉德发动机的替代品，在物理上实现麦克斯韦的守护进程。在平均遵守第二定律的同时，它们也能够从热浴中提取比热平衡中可能的更多的功。
2005-08-22 quant-ph
Autonomous quantum heat engine
Aalto University（阿尔托大学）；VTT Technical Research Centre of Finland（芬兰技术研究中心）；Indian Institute of Technology, Mandi（印度理工学院曼迪分校）；Arctic Instruments（北极仪器公司）
本文通过超导电路实现自主量子热机，验证了理论预测，展示了热机内部动态产生相干微波功率的现象。
2026-03-16 quant-ph
Quantum Heat Engines, the Second Law and Maxwell's Daemon
介绍了一类量子热机，它由最简单的量子力学系统--双能量本征态系统组成，在循环的不同阶段分别经历量子绝热过程和与热浴的能量交换.有了这类热机和在量子水平上对热传递和功的一些解释，我们就能够澄清热力学第二定律的一些重要方面。特别是，热源比散热器热是不够的，但在通过发动机提取任何功之前，在较热的热源和较冷的散热器之间必须有最小的温差。这个最小温差的大小取决于所涉及的量子引擎的能隙。我们的新量子热机也提供了一种实用的方法，作为Szilard发动机的替代品，在物理上实现麦克斯韦的守护进程。受拉比振荡的启发和激励，我们进一步引入了一些修改的量子热机与单模腔，以，同时尊重第二定律，提取更多的工作，从热浴比否则可能在热平衡。上述结果也可推广到无限多个能级的量子热机，包括一维简谐振子和一维无限方阱。
2005-08-22 quant-ph
Holographic Heat Engines as Quantum Heat Engines
反德西特时空中爱因斯坦方程的某些解可以通过扩展的引力热力学来设计，以产生“全息热机”，即把热量转化为有用的机械功的装置。另一方面，也有一些结构（实验和理论），其中一系列操作是在一个小的量子系统上进行的，定义了所谓的“量子热机”。我们提出，某些全息热机可以被认为是量子热机的模型，并讨论了这种连接的可能成果。受量子热机将量子系统与经典热力学循环进行类比的特点的启发，首次提出并研究了一些黑洞奥托循环和狄塞尔循环.在重叠的预期制度，我们的奥托效率公式的形式所表现出的量子和经典的热机。
2019-05-22 gr-qc hep-th quant-ph
Quantum Lubrication: Suppression of Friction in a First Principle Four Stroke Heat Engine
一个类似于奥托循环的热机的量子模型被用来探索抑制摩擦损失的策略。这些损失是由于发动机的工作介质在膨胀和压缩阶段不能精确地跟随哈密尔顿算子的变化而引起的。通过增加发动机的外部噪声，可以抑制摩擦损失。
2005-09-19 quant-ph
Improving the Efficiency of an Ideal Heat Engine: The Quantum Afterburner
通过串联使用激光器和微波激射器，可以在热机运行中涉及的热废气中获得激光作用。这种“量子加力燃烧室”涉及工作气体原子或分子的内部量子态以及腔量子电动力学技术，因此属于量子热力学领域。作为一个例子，它表明，奥托循环发动机的性能可以提高超过“理想”的奥托热机。
2001-05-25 quant-ph
The smallest possible heat engines
我们构建了最小的可能的自包含的热机;一个只由两个量子位组成，另一个只由一个量子位组成。发动机是独立的，因为它们不需要外部的工作和/或控制源。它们能够产生用于连续举起重物的工作。尽管发动机的尺寸很小，但它仍然能够以卡诺效率运行。
2010-10-28 quant-ph
Quantum heat engine operating between thermal and spin reservoirs
朗道擦除原理是热力学和信息论的基石。根据这一原理，擦除信息引起最小的能量成本。最近，Vaccaro和Barnett [Proc. R. Soc { \bf 467}，1770（2011）]探索了在多个守恒量的背景下的信息擦除，并且示出了擦除成本可以仅根据自旋角动量。由于朗道的擦除原理在热机中起着重要作用，他们的结果大大拓宽了热机可能具有的构型。基于此，我们提出了一种新型的光学热机，它工作在一个单一的热库和一个自旋角动量库耦合到一个三能级系统与能量简并基态。所提出的热机在不产生废热的情况下运行，并且超越了传统的卡诺发动机，在传统的卡诺发动机中，工作流体在不同温度下经受两个热浴。
2018-04-03 quant-ph
Electromagnetically Induced Transparency and Quantum Heat Engines
我们描述了如何电磁感应透明可能被用来构建一个非传统的近理想的量子热机的第二定律的约束。发动机由可能比排气库更热或更冷的热库以及单色激光器泵送。作为输出，它在吸收跃迁的线中心产生明亮的窄发射。
2016-11-03 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
A Numerical Method to Find the Optimal Thermodynamic Cycle in Microscopic Heat Engine
热机是发展非平衡态热力学的基本物理对象。热机的热力学性能取决于循环的选择和参数的时间依赖性。在这里，我们提出了一个系统的数值方法来找到一个热机循环优化一些目标函数。我们将该方法应用于参数缓变的热机，并表明该方法工作良好。我们的数值方法是基于遗传算法，这是广泛应用于各种优化问题。
2021-04-29 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
When is a quantum heat engine quantum?
量子热力学研究热机中的量子效应。但是，当一个热机与外部储存器周期性地相互作用，从而不可避免地破坏其量子相干性时，它什么时候才是真正的量子？在这里，我们使用Leggett-Garg不等式来评估一个单一的两级奥托引擎的非经典特性。我们提供了完整的相图，其参数的函数的引擎的量子特性，并确定三个不同的阶段。我们进一步推导出一个明确的表达的转变温度。
2015-08-17 quant-ph
Quantum unital Otto heat engines: using Kirkwood-Dirac quasi-probability for the engine's coherence to stay alive
Mohammed V University（穆罕默德五世大学）
本文研究量子幺正奥托热机，通过计算去相位和未去相位引擎的累积量，分析参数对平均功、可靠性和效率的影响，并证明非绝热跃迁并非总对热力学量有害。
2026-05-24 quant-ph
Comment on "Nanoscale Heat Engine Beyond the Carnot Limit"
有一个一致的热力学形式主义与规范定义的局部温度，允许扩展的卡诺约束也非平衡浴，像那些在信中讨论
2014-01-30 quant-ph
Irreversible thermodynamic analysis and application for molecular heat engines
本文的目的是确定分子发动机的损失功，并与宏观（经典）热机的结果进行比较。首先，回顾了宏观循环和分子循环的不可逆热力学。第二，对自旋为-1/2的量子热机系统进行了不可逆热力学研究。最后，确定了所考虑系统的损失功，结果表明，宏观和分子热机服从相同的限制。此外，量子热力学的方法建议，以解释以前得到的结果从原子的观点。
2017-06-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum-Enhanced Heat Engine Based on Superabsorption
我们提出了一个量子纠缠增强的热机。我们的方案的关键特征是超吸收，这有助于增强纠缠量子比特的能量吸收。而传统的引擎与$N$可分离的量子位提供功率与$P = Θ(N)$的缩放，我们的引擎使用超吸收提供功率与$P = Θ(N^2)$的量子缩放。这种量子热机也表现出比经典的$N$粒子朗之万系统组成的缩放优势。我们的工作阐明了量子性能的增强。
2022-05-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
The invariant-based shortcut to adiabaticity for qubit heat engine operates under quantum Otto cycle
在本文中，我们研究的作用和相关性的成本为基础的快捷方式绝热使量子位热机运行在量子奥托循环。我们考虑一个量子位热机与朗道-齐纳哈密顿和改善其性能使用刘易斯-Riesenfeld不变量为基础的捷径绝热方法。针对成本对提高性能的重要性，本文探讨了成本与热机的功和效率的关系。我们分析了热机循环中非绝热幺正过程的成本随时间的变化。还讨论了获得量子位热机的准静态性能所需的成本。我们发现，由于非绝热性的发动机的效率损失可以恢复使用快捷的方法，它甚至有可能在有限的时间内，以较高的成本获得准静态性能。
2022-03-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
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
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
Enhancement of quantum heat engine by encircling a Liouvillian exceptional point
量子热机由于涉及到量子相干性而有望超越经典热机。在这里，我们实验执行单离子量子热机和演示，第一次，动力学和增强性能的热机源于刘维例外点（LEPs）。除了与LEPs相关的拓扑效应外，我们还关注热力学效应，这可以通过退相干下的Landau-Zener-Stuckelberg过程来理解。如果热机循环动态地环绕LEP，我们见证了来自量子热机的正净功。进一步的研究表明，当系统更接近LEP时，完成更大的网络工作。我们将量子热机的增强性能归因于LZS过程，该过程由LEP附近的本征能景观和EP诱导的拓扑转变实现。因此，我们的研究结果开辟了新的可能性，走向LEP使能控制的量子热机和热力学过程中的开放量子系统。
2023-02-27 physics.atom-ph quant-ph
Effect of finite-size heat source's heat capacity on the efficiency of heat engine
用于输出有用功的热机具有重要的实际意义，它一般在无限大的恒温热浴之间运行。本文研究了在两个具有初始温差的有限热源之间运行的热机的效率。由于热源的热容量有限，这种热机的总输出功是有限的。研究了准静态极限下不同热源热容特性对热机最大做功效率的影响。此外，我们还研究了有限时间内发动机的效率，发现效率遵循$η=η_{\mathrm{C}}/4+O\left(η_{\mathrm{C}}^{2}\right)$的简单普适性。值得注意的是，当热源的热容为负时，如黑洞，我们表明，热机效率在操作过程中可以超过卡诺效率所确定的热源的初始温度。进一步论证了初始温差为零的两个黑洞之间的热机可以由能量涨落驱动。证明了相应的EMW为$μ=\left(2-\sqrt{2}\right)/2\approx0.29$，它是S. W.霍金
2019-10-30 cond-mat.stat-mech gr-qc physics.class-ph
Two-stroke Quantum Measurement Heat Engine
我们提出并分析了一个二冲程量子热机的理论模型，其中一个热浴被非选择性量子测量取代。我们表明，发动机的不变的参考状态取决于是否通过诊断测量周期监测或不监测，以确定发动机的工作输出。我们详细探讨了监测和未监测的情况下，建议的热机的平均输出功率和波动。我们还确定了单一的工作冲程，不变状态可以支持coherencies在能量基础上导致不同的预测，平均能量变化在单一的工作冲程和平均工作从标准的两个投影测量方法。
2022-01-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Hybrid Microwave-Cavity Heat Engine
我们提出并分析了使用混合微波腔作为量子热机。一种可能的实现包括两个宏观上分离的量子点导体电容耦合到微波腔的基模。我们证明，电流可以通过腔介导的过程，通过加热其他导体在一个导体中感应。该热机可以达到卡诺效率，具有最佳的热量到功的转换。当系统输送最大功率时，效率可以是卡诺效率的大部分。热机甚至在量子点中具有适度的电子弛豫和退相的情况下也起作用。我们提供了详细的估计电流和输出功率使用现实的参数。
2014-02-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
InAs three quantum dots as working substance for quantum heat engine
本文以三个InAs量子点为工作物质，研究电场和Forster机制下量子奥托热机的做功与纠缠行为，并揭示纠缠与热机性能之间的复杂关系。
2023-09-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence induced work in quantum heat engines with Larmor precession
通过将热量和功分为传统的对角部分和依赖于Hamiltonian的叠加和时间导数的另一部分，可以观察到量子相干性对非平衡热力学的影响。专门针对拉莫尔进动的精确可解动力学，我们建立了一个量子奥托热机采用磁驱动的原子旋转。当控制协议是时变的时，由种群转移引起的一致性保证了正的功输出。量子热机的含时控制实现了微观热机的经典绝热定理和量子绝热定理之间的对应。
2020-04-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Efficiency at maximum $\dotΩ$ figure of merit of a spin half quantum heat engine in the presence of external magnetic field
本文研究外磁场下以自旋半粒子为工质的有限时间量子热机，发现其在最大$\dotΩ$品质因数下的效率可超过已知界限并接近卡诺效率，表明粒子布居数的集体量子效应能显著提升热机性能。
2023-12-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Rényi entropy flows from quantum heat engines
我们评估Renyi熵流从一般的量子热机（QHE）的弱耦合探针环境保持在热平衡。我们表明，流量不仅由热流，但也由量子相干流，可以单独测量，在实验中除了热流测量。这同样适用于Shanon熵流。这就要求对量子非平衡热力学中的熵流概念进行修正。
2015-03-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Realization of a coupled-mode heat engine with cavity-mediated nanoresonators
本文报道了一个在双膜中间腔光机系统中的耦合模热机的实验演示。利用腔介导的强耦合纳米谐振器的简正模作为工作介质，通过在两个声子热库之间提取功来实现奥托循环。热机性能的特点是在正常模式和裸模式图片，这表明，在热力学循环中的两个膜的相关性起着重要的作用。此外，直双纳米机械发动机是通过工程的正常模式和操作两个气缸异相。我们的研究结果表明，在腔光机系统中的第一次基本类的热机，并提供了一个新的平台，研究热机的相互作用的子系统在小尺度的可控性和可扩展性。
2021-10-25 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
Nonequilibrium fluctuations in quantum heat engines: Theory, example, and possible solid state experiments
研究了量子热机中的随机能量交换。由于微观可逆性，这些服从波动关系，称为热机波动关系，这意味着卡诺界限：没有机器可以有效率大于卡诺效率。量子热机的随机热力学（包括热和功的联合统计和效率的统计）通过最优双量子位热机来说明，其中每个量子位耦合到热浴，并且双量子位门确定两个量子位之间的能量交换。我们讨论了可能的固态实现库珀对盒和通量量子比特，量子门操作，和快速量热片上测量的单个随机事件。
2014-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech 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
Quantum Heat Engines with Carnot Efficiency at Maximum Power
热机构成现代技术的主要构件。然而，具有较高功率的常规热机产生较低的效率，反之亦然，并且遵循各种功率-效率权衡关系。这也被认为是真实的引擎在量子制度。在这里，我们表明，这些关系不是基本的。我们介绍量子热机，提供最大的功率与卡诺效率在一次有限尺寸制度。这些引擎由具有有限数量量子粒子的工作系统组成，并且仅限于一次性测量。发动机通过半局部热操作使工作系统同时与热浴和冷浴相互作用而以一步循环运行。通过允许其组成部分之间的量子纠缠，从而将热量从热浴转移到冷浴，发动机在每个循环中实现最快的可逆状态转换，从而获得最大功率和卡诺效率。最后，我们提出了一个物理上可实现的引擎，使用量子光学系统。
2022-03-03 math-ph math.MP physics.atom-ph
