Optimal work extraction in measurement-based quantum Otto engines: Non-adiabaticity and generalized measurements can be beneficial
Harish-Chandra Research Institute（哈里什-钱德拉研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
本文研究了基于测量的量子奥托引擎的最优功提取，探讨了非绝热性和广义测量在特定参数范围内是否能超越传统量子奥托循环的性能，并分析了不同实现方式下的功输出。
2026-05-21 quant-ph
Nonadiabatic coupled-qubit Otto cycle with bidirectional operation and efficiency gains
我们研究了一个量子奥托循环，它使用一个2量子比特的工作物质，其哈密顿量在酉冲程期间的不同时间不会与自身交换。我们调查如何周期响应量子绝热性的损失时，这些中风操作与有限的持续时间。我们发现，定性的功能，如反向旋转循环操作的可能性，作为热机，或循环效率，可以增加浴之间的温差的降低，甚至是弹性的高度非绝热冲程。然而，循环效率迅速下降，虽然它仍然可以保持在标准奥托值以上的小程度的量子nonadiabaticity。
2022-04-30 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
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
An approach to study the adiabaticity and irreversibility in the TDHO
Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）
本文研究了时间依赖量子谐振子中绝热性和不可逆性的关系，并通过分析非准静态演化中的热力学行为，探讨了量子热化过程及经典到量子转变的可能性。
2026-09-04 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
Universal two-level quantum Otto machine under a squeezed reservoir
我们研究了一个奥托热机，它的工作物质是一个单一的两能级系统与冷的热库和压缩的热库相互作用。通过调整压缩或绝热性参数（过渡的概率），我们表明，我们的两级系统可以作为一个通用的热机，无论是通过消耗热量或消耗用于冷却或加热环境的工作产生净功。使用我们的模型，我们研究这些机器的性能在有限时间制度的等熵冲程，这是一个制度，有助于使他们有用的从实用的角度来看。
2020-06-25 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
Performance of superadiabatic quantum machines
我们研究了基于捷径绝热技术的有限时间量子热机的性能。我们计算效率和功率的量子谐波奥托发动机的能量消耗的超绝热驱动明确考虑。我们进一步推导出两个量的通用上限，有效的任何热机循环，使用的概念，量子速度限制驱动系统。我们证明，这些量子边界比那些来自热力学第二定律更紧。
2016-11-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Gauge-invariant thermodynamics of a finite-time quantum Otto engine
Institute of Physics, Federal University of Goiás（戈亚斯联邦大学物理研究所）；Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense（弗鲁米嫩塞联邦大学物理研究所）；Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo（圣保罗大学圣卡洛斯物理研究所）
研究有限时间量子奥托发动机，用Lipkin-Meshkov-Glick模型作工作介质，在规范不变量子热力学框架内推导热力学量表达式，分析循环与驱动速度、系统大小关系，揭示临界性影响，建立规范不变热力学等之间的联系。
2026-07-14 quant-ph
A shortcut to adiabaticity in a cavity with a moving mirror
绝热性的捷径构成了一个强大的替代方案，可以在模拟绝热动力学的同时加速时间演化。它们也与澄清基本问题有关，例如热力学第三原理和量子速度极限的精确量化。在这封信中，我们第一次描述了如何在量子场论中实现绝热性的捷径，对于1 + 1维中具有移动壁的空腔内的无质量标量场的特殊情况。该方法是基于已知的解决方案的问题，利用共形对称性，和捷径发生时，没有动态卡西米尔效应。我们得到了一个基本限制的奥托循环的效率与量子场作为一个工作系统，这取决于最大速度，镜子可以达到。我们描述了可能的实验实现的捷径使用超导电路。
2022-05-27 cond-mat.other hep-th quant-ph
The quantum harmonic Otto cycle
量子奥托循环作为一个桥梁之间的宏观世界的热机和量子制度的热设备组成的一个单一的元素。我们汇编了最近的研究量子奥托周期与谐振子作为工作介质。该模型的优点在于它是可分析跟踪的。此外，实验实现了采用单离子在谐波陷阱。这篇评论是嵌入在量子热力学和量子开放系统的领域。通过一个具体的例子阐明了功和热的基本定义，说明了该理论的基本原理。强调了量子可观测量与系统状态之间的关系。循环的动力学描述是基于一个完全积极的地图制定为传播引擎的每个冲程。这些传播子的显式解被描述在量子物理观测量的矢量空间上。这些解决方案，采用不同的假设和技术进行了比较。功率与效率的权衡是有限时间热力学的焦点。动力学模型使研究有限的时间周期限制的时间上的极化和热化的时间。找到了无摩擦的显式有限时间解，这意味着不会产生相干性，也称为绝热性的捷径。从无摩擦到突变的过渡的特征在于传播子中的非厄米简并。此外，还分析了噪声对控制的影响.这些结果被用来关闭循环，无论是作为发动机还是作为制冷机。
2017-03-27 quant-ph
Trapped-atom Otto engine with light-induced dipole-dipole interactions
本研究理论探讨了具有光诱导偶极-偶极相互作用和投影测量的陷俘原子 Otto 引擎的有限时间运行，通过控制相互作用和调整驱动协议有效减少量子摩擦，显著提升了引擎的有限时间性能。
2024-01-29 quant-ph
Experimental characterization of a spin quantum heat engine
小量子系统热力学的发展设想了非经典热机。在这种情况下，能量涨落在描述不可逆性中起着重要作用。基于自旋1/2系统和核磁共振技术，我们在实验上实现了一个量子热机。在显微镜尺度的不可逆性的充分特点是与工作和热流的能量波动的评估。我们还研究了有限时间内与熵产生有关的效率滞后。所实现的热机在热波动和量子波动（与瞬时能量本征态之间的跃迁相关联）都与其描述相关的情况下操作。以最大功率执行量子奥托循环，概念验证量子热机能够达到非常接近其热力学极限（$η=44$ %）的功提取效率（$η\approx42$ %）。
2019-09-04 cond-mat.stat-mech 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
Scaling-up quantum heat engines efficiently via shortcuts to adiabaticity
使用单个粒子作为工作介质的量子热机的有限时间操作通常以引起降低循环效率的摩擦为代价来增加输出功率。我们建议扩大量子热机利用多粒子工作介质结合使用绝热性的捷径，以提高非绝热性能，通过消除量子摩擦和减少循环时间。为此，我们首先分析了有限时间热力学的量子奥托循环实现与量子流体限制在一个含时谐波陷阱。我们表明，非绝热效应可以控制和定制，以匹配绝热性能使用各种快捷方式绝热。因此，按比例放大的多粒子量子热机的非绝热动力学表现出没有摩擦，并且循环可以以最大效率运行，输出功率可调。我们证明了我们的结果与工作介质组成的粒子与平方反比成对相互作用，其中包括非相互作用和硬核玻色子作为限制情况。
2016-11-29 math-ph math.MP physics.atom-ph
Improving Performance of Quantum Heat Engines using modified Otto cycle
本文通过在 Otto 循环中引入特定 Hamiltonian 下的自由演化冲程，使系统进入低激发态，从而提升量子热机的吸热量、功输出与效率，并以可积与不可积模型验证了临界点附近的显著改善。
2024-07-05 quant-ph
Fast control of interactions in an ultracold two atom system: Managing correlations and irreversibility
我们设计并探索了一条通往绝热性（STA）的捷径，以改变两个超冷、简谐囚禁玻色子之间的相互作用强度。从最初不相关的，非相互作用的粒子开始，我们假设通过费什巴赫共振的粒子间相互作用的时间依赖性调谐，使得两个粒子在驱动结束时强烈相互作用。STA的效率，然后通过检查系统的热力学性质，如不可逆的工作，这是有关的系统中的平衡激发的量化。我们还通过冯诺伊曼熵对两粒子态的纠缠进行了量化，并证明了STA过程中产生的纠缠与目标态的纠缠相匹配。鉴于超冷原子物理学中两原子问题的基本性质，可以预期，所提出的捷径将对许多依赖于粒子间相互作用的过程产生重大影响。
2018-11-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Work-distribution quantumness and irreversibility when crossing a quantum phase transition in finite time
在有限时间动力学中，非平衡量子系统的热力学行为包含了能量涨落的描述，它决定了系统的一系列物理性质。此外，多体系统中的强相互作用对非平衡动力学中的能量涨落统计有显著的影响。通过驱动瞬态电流反对前体金属-莫特绝缘体过渡的动力学制度的多样性，我们展示了如何增加的相关性显着影响的能量波动的统计，从而有限哈伯德链的量子功分布。这种分布的统计性质，如其偏度，在过渡期间发生显着变化，可以与不可逆性和熵产生有关。即使接近绝热性，准量子相变也会阻碍平衡，增加过程的不可逆性，并在量子功分布中诱导强量子特征。在莫特绝缘阶段的工作波动耗散平衡得到修改，与不可逆的熵产生占主导地位的工作波动。在量子技术中应用的小规模器件的协议设计中，必须考虑相互作用驱动的量子相变对热力学量和不可逆性的影响。最终，这种多体效应也可以在量子尺度上用于功提取和制冷协议。
2019-08-28 cond-mat.str-el quant-ph
Flat-band thermodynamics reveals enhanced performance across Otto, Carnot, and Stirling cycles
本研究基于连续八能带模型分析魔角扭曲双层石墨烯在三类量子热力学循环下的多模式热力学性能，对比其他石墨烯体系证实其在多循环中具备更优的热机、制冷机表现及高可逆焦耳泵模式。
2025-10-23 cond-mat.mes-hall hep-ph math-ph
Cooperative efficiency boost for quantum heat engines
与通常使用的绝热实现方式相比，多体热机的功率和效率可以通过执行协作非绝热操作来提高。在这里，关键属性依赖于这样一个事实，即需要非绝热性以允许合作效应，这可以使用仅存在于多体系统的集体非被动状态中的热力学资源。特别是，我们认为奥托循环的效率，这增加了使用的副本的数量，并达到多体绑定，我们分析讨论。
2019-03-01 quant-ph
Quantum finite-time thermodynamics: insight from a single qubit engine
将时间转化为热力学允许解决效率和功率之间的权衡。量子比特引擎作为一个玩具模型，以开放系统的量子理论为基础，从第一原理出发研究这种权衡。我们研究了不可逆性的量子起源，起源于热输运，量子摩擦和热化存在的外部驱动。我们构造各种有限时间发动机循环的基础上的奥托和卡诺模板。我们的分析强调了相干性的作用和熵产生的量子起源。
2020-09-06 quant-ph
Probabilistic Hysteresis in an Isolated Quantum System: The Microscopic Onset of Irreversibility from a Quantum Perspective
近年来，人们在大粒子数的限制下研究了超冷原子孤立哈密顿系统的概率滞后，在这种情况下，半经典处理是足够的。在这些扫描实验中，控制参数被缓慢地（动态地）来回调整，不可逆性的起源被证明是穿过分界线的来回蓝色通道（可积情况）或进出相空间中混沌海洋的通道（混沌情况）。在这里，我们专注于完整的量子力学描述的可积系统，并显示半经典的结果出现在大粒子数的限制。在相空间中，经典绝热性失效的分界线的交叉，量子系统中不可逆性的起源是绝热能级的一系列避免的交叉：它们变得如此接近，以至于对于适度的粒子数，外部参数的变化已经不切实际地缓慢，以达到完全可逆演化的量子绝热极限。对于一个缓慢的，但有限的扫描速率，我们发现一个广泛的制度，量子结果同意半经典的结果，但只有当除了限制$N\to \infty$的初始系综的状态被认为是具有足够的初始能量宽度。相反，对于单个初始能量本征态，我们发现后向扫描揭示了强的量子效应，即使对于非常大的粒子数。
2020-03-26 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum heat engine in the optomechanical system with mechanical parametric drive
该研究在光学机械系统中设计了一种量子热机，利用机械参量驱动提高能量利用效率，并通过短路径到绝热性方法实现更高效率。
2025-09-10 quant-ph
Friction-free quantum machines
量子热机在有限时间内的运行通常面临效率和功率之间的权衡。使用绝热性（STA）的捷径，可以避免这种权衡，以设计以最大效率和可调输出功率运行的热机。我们展示了使用STA工程师一个可扩展的超绝热量子奥托循环，并报告最近的实验进展，以定制有限时间量子热力学中的量子摩擦。在存在量子摩擦的情况下，还表明使用多粒子工作介质可以提高量子机器相对于单粒子热机的整体性能。
2018-06-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic analysis of quantum error correcting engines
量子纠错码可以以一种与经历奥托循环的量子热机惊人相似的方式铸造。在本文中，我们进一步加强这种联系进行了全面评估的热力学性质的4冲程运营商为基础的纠错码。这包括一个表达式的熵生产的周期，其中，我们表明，包含明确的贡献，来自不同来源的不可逆性。为了说明我们的结果，我们研究了非常适合非相干态的经典3量子位纠错码和能够处理完全量子态的9量子位Shor码。我们表明，与校正门相关的工作成本与错误所引入的热量直接相关。此外，与编码/解码量子信息相关联的工作成本总是正的，这是与由噪声引入的固有不可逆性有关的事实。最后，我们发现，纠正相干（从而真正的量子）部分的量子态引入了实质性的修改相关的阿达玛门所需的编码和解码相干。
2019-11-14 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
Zeno-Assisted Quantum Heat Engines
Ulm University（乌尔姆大学）；Institute of Theoretical Physics, Ulm University（乌尔姆大学理论物理研究所）；Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST)（集成量子科学与技术中心）
本文研究了利用量子Zeno动力学作为润滑策略来提高有限时间量子热机效率的方法，通过辅助系统和频繁监测限制联合演化到Zeno子空间，从而在奥托循环的工作过程中实现有效的绝热捷径，并分析了实现相关的热力学成本。
2026-09-15 quant-ph
Optimal control of quantum thermal machines using machine learning
确定最佳的热力学过程一直是热力学的本质，因为它的成立。在这里，我们表明，可微编程（DP），机器学习（ML）工具，可以用来优化有限时间的量子热机的热过程。我们认为，典型的量子奥托引擎与时间相关的谐振子作为其工作流体，并建立在捷径绝热（STA）协议。我们制定的STA驱动协议作为一个约束优化任务，并应用DP找到一个适当的品质因数的最佳驾驶配置文件。我们的ML方案发现了优于先前建议的协议的压缩和扩展冲程的配置文件。此外，使用我们的ML算法，我们表明，以前采用的，直观的能量成本的STA驾驶遭受一个根本的缺陷，我们解决了成本函数的替代结构。我们的方法和结果表明，ML是有益的解决硬约束量子控制问题，并设计和评估其理论基础。
2021-08-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Many-body quantum heat engines based on free-fermion systems
该研究针对自由费米子系统的非理想量子多体奥托热机，推广了非理想条件下热与功的热力学表达式，用以评估横向场量子伊辛链为工质的热机的有限时间功和功率，分析了参数相关的最优工作点。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thermodynamics and Fluctuations in Quantum Heat Engines under Reservoir Squeezing
本研究针对热压缩与冷热储库交替驱动的有限时间量子奥托热机，揭示储库压缩可提升热机性能与稳定性，提出基于囚禁钙离子单电子自旋的实验方案，为有限时间量子热机研究提供通用框架。
2023-05-04 quant-ph
Quantum Information Dynamics of QED$_2$ in Expanding de Sitter Universe
University of Massachusetts Boston（马萨诸塞大学波士顿分校）；Stony Brook University（石溪大学）；Tel-Aviv University（特拉维夫大学）
研究德西特空间中QED$_2$作为最小相互作用规范理论，通过精确对角化和矩阵乘积态方法，发现宇宙膨胀导致绝热性丧失、激发增长和红移响应，定义了赝临界线，并展示了相对熵中的不可逆性前沿。
2026-06-23 gr-qc hep-lat hep-th
Experimental Demonstration of a Measurement-Feedback Quantum Information Engine
Quantum Information Institute, School of Physics and Laboratory of Zhongyuan Light, Zhengzhou University（郑州大学物理学院量子信息研究所中原光实验室）；Department of Physics, Nanchang University（南昌大学物理系）
本研究在俘获40Ca+离子系统中实验演示了测量反馈量子信息引擎，利用量子内摩擦打破效率-功率权衡，使引擎效率超越奥托极限，为信息转功量子引擎开辟了新途径。
2026-08-20 quant-ph
Irreversible Performance of a Quantum Harmonic Heat Engine
热机中不可避免的不可逆功率损失是量子起源的。遵循热力学传统，分析了一个奥托循环的量子热机模型.该模型的工作介质是由谐振子系综组成的。基于正则不变性的概念，建立了量子可观测量和量子变量之间的联系。这些量子变量足以确定系统的状态，并与它的所有物理变量。最佳的工作，功率和熵产生的条件表明，最大功率是一个折衷的准静态限制的绝热以下的压缩和膨胀的分支和突然的限制非常短的时间分配给这些分支。在高温和准静态操作条件下，最大功率下的效率与内可逆结果一致。最佳压缩比从准静态极限时温度比的平方根变化到突变极限时温度比的1/4次方，准静态极限时温度比的可逆性由热导决定，突变极限时温度比的不可逆性由摩擦决定。当发动机偏离绝热条件时，性能受到摩擦的影响。这种摩擦的起源可以追溯到工作介质的动能和势能的不可互换性。
2006-05-07 quant-ph
