Thermodynamics of a minimal algorithmic cooling refrigerator
我们从理论和实验上研究了一种最小三量子位热浴算法冷却制冷机的热力学性能。我们分析计算的性能系数，冷却功率和极化的目标量子位为任意数量的周期，考虑到现实的实验缺陷。我们确定其基本上限在理想的可逆限制，并表明，这些值可以通过实验接近使用一个系统的三个量子位在金刚石中的氮空位中心。
2022-07-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Comment on "Cooling by Heating: Refrigerator Powered by Photons"
最近在Phys. Rev. Lett. 108，120603（2012）由Cleuren等人，显然矛盾的热力学第三定律。我们讨论了解决这一矛盾的方案，并表明，这种情况是相关的澄清第三定律的一般信息。
2013-02-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Cooling limits of coherent refrigerators
该研究利用相干虚拟量子比特突破现有非相干制冷界限，推导普适相干制冷极限并给出可达协议，还提出优于非相干方案的广义算法冷却协议。
2024-10-23 quant-ph
Necessarily transient quantum refrigerator
我们表明，可以构建一个量子吸收制冷机，提供制冷只在瞬态制度，通过使用三个相互作用的量子位，其中每个也与本地热浴相互作用。机器在稳定状态下不提供冷却，或者在长时间之后达到稳定状态。我们提出了一个规范形式的量子位浴相互作用参数，产生瞬态冷却没有稳态冷却，并声称这种现象是通用的小规模量子吸收制冷机。我们还表明，它是一般可能有快速冷却。我们证明了我们的结果为两个独立的模型的热化，并表明，瞬态冷却没有稳态冷却与生成的可忽略不计，或没有二分量子相关。对于其中一个热化模型，我们发现冷藏量子位的最低可实现温度几乎可以保持冻结，即，不变，对于参数空间的重要区域。
2018-02-10 quant-ph
The Quantum Absorption Refrigerator
研究了噪声驱动的量子吸收制冷机，目的是确定制冷到绝对零度的极限。该模型包括一个工作介质耦合同时热，冷和噪声浴。显式表达式的冷却功率高斯和泊松白噪声。量子模型符合热力学热力学定律第一定律和第二定律。第三定律被定量化，当T_c接近0时，冷却功率J_c与T_c^{alpha}成正比，其中alpha =d+1，其中d是熔池的尺寸，通过与热玻色子场的线性耦合描述量子的发射和吸收耗散。
2011-11-09 quant-ph
The Quantum Refrigerator: The quest for absolute zero
往复式量子制冷机的最佳冷却功率的缩放被寻求为作为冷浴温度的函数的$T_c \to 0$。工作介质由处于谐振势中的不相互作用的粒子组成。两个封闭形式的解决方案的制冷循环进行了分析，并进行了比较，数值优化方案，侧重于冷却到零温度。最佳循环的特征在于从冷浴中提取的热量、工作介质的能级间距和温度之间的线性关系。最佳冷却速率的缩放被发现是成正比的$T_c^{3/2}$给出热力学第三定律的动力学解释。
2008-08-04 quant-ph
Quantum refrigerator driven by nonclassical light
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Washington University（华盛顿大学）
研究了一种由通用光态驱动的三能级量子冰箱，发现不同类型的光态对性能系数无影响，但冷却功率依赖于光强度和光子统计特性，非经典光可调制冷功率。
2022-09-08 quant-ph
Simultaneous cooling of qubits via a quantum absorption refrigerator and beyond
本文提出一种利用多磁化子空间相互作用哈密顿量和局域/全局量子主方程同时冷却多个目标量子比特的量子热器件，并扩展至海森堡星形网络，揭示其制冷机制与运行范围。
2024-10-21 quant-ph
Kerr-type nonlinear baths enhance cooling in quantum refrigerators
本研究提出在量子制冷机中使用Kerr型非线性浴，相比简谐浴能显著增强稳态冷却，并推导了相应主方程的衰减率。
2023-11-17 cond-mat.other cond-mat.supr-con quant-ph
Autonomous Quantum Refrigerator in a Circuit-QED Architecture Based on a Josephson Junction
提出了一种在电路QED结构中实现小型量子吸收制冷机的方法。该装置由三个谐振子耦合到约瑟夫森函数。制冷机是自主的，在这个意义上，它不需要任何外部控制冷却，但只有在不同温度下的振荡器和热浴之间的热接触。此外，该设置还具有内置开关，可以打开和关闭冷却。如果定时控制是可用的，这使得相干增强冷却的可能性成为可能。最后，我们表明，显着的冷却可以实现与实验现实的参数，我们的设置应该是在目前的技术范围内。
2016-12-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thermally driven quantum refrigerator autonomously resets superconducting qubit
本文利用超导电路构建自主量子吸收式制冷机，通过热梯度驱动的三体相互作用将 transmon 量子比特冷却至约 22 mK，实现优于现有协议的量子比特重置。
2025-03-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal Performance of a Three-level Quantum Refrigerator
研究了三能级量子制冷机在两种不同目标函数下的最优性能：制冷功率和$χ$ -函数。对于这两种情况下，我们得到的性能系数（COP）的一般表达式，并推导出其众所周知的下限和上限的限制情况下，系统浴耦合常数的比例时，在热和冷接触，分别接近无穷大和零。我们还表明，冷却功率仅在局部区域相对于一个控制频率是最优的，而$χ$ -函数可以全局优化相对于两个控制频率。此外，我们表明，在低温制度，我们的冰箱模型可以映射到费曼的棘轮和棘爪模型，一个经典的介观热机。在冷却功率和$χ$ -函数都可以优化的参数范围内，我们比较了量子制冷机在最大$χ$ -函数下的冷却功率与最佳冷却功率。
2019-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Mpemba effect in self-contained quantum refrigerators: Accelerated cooling
Harish-Chandra Research Institute, A CI of Homi Bhabha National Institute（哈拉·昌德拉研究所，霍米·巴巴国立学院成员）
该研究在自包含量子制冷机中观察到量子迈普马效应，通过特定的幺正操作加速冷qubit的冷却过程。
2026-02-17 quant-ph
Fundamental limits for cooling of linear quantum refrigerators
研究了任意线性量子开放系统在周期驱动下与一般玻色子库耦合时的渐近动力学。我们得到的热量流入网络，这是有效的超越通常的弱耦合或马尔可夫近似的精确结果。我们证明了热力学动力学第三定律（能斯特不可达性原理）的有效性，表明冷却的最终极限是由一个基本的加热机制，在低温下成为主导：非共振创建的激励对诱导的驱动场的水库。这种量子效应在弱耦合近似中被忽略了，它恢复了其有效性最近受到挑战的不可达性原理。
2016-07-14 cond-mat.other quant-ph
Quantum speed limit constraints on a nanoscale autonomous refrigerator
量子速度极限提供了量子系统在状态空间中演化所需时间的下限，对物理设备的动力学施加了最终的自然限制。另一方面，量子吸收式冰箱在过去几年中引起了人们的极大关注。本文讨论了量子速度极限对量子吸收制冷机性能的影响。特别是，我们表明，存在一个权衡关系的制冷机的稳定冷却速率和达到稳定状态所需的最小时间。在此基础上，我们定义了一个品质因数称为“边界二阶冷却速率”，并表明这与组成量子位之间的幺正相互作用强度呈线性关系。我们还研究了束缚二级冷却速率随热化强度的增加。随后，我们证明了初始三量子比特系统中的相干性可以显着增加边界二阶冷却速率。我们研究的冰箱在最大边界的二阶冷却速率的效率，并在一个限制的情况下，我们表明，在最大边界的二阶冷却速率的效率是由一个简单的公式让人想起的Curzon-Ahlborn关系。
2018-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Otto refrigerator based on a superconducting qubit: classical and quantum performance
我们分析了一种基于超导量子位耦合到两个LC谐振器的量子奥托冰箱，每个LC谐振器包括一个电阻器作为水库。我们发现各种操作制度：近绝热（低驱动频率），理想的奥托循环（中频），和非绝热相干制度（高频）。在近绝热制度，冷却功率是二次的频率，我们发现大大增强的性能系数$ε$，相比，一个理想的奥托循环。与纯经典动力学相比，量子相干效应总是导致冷却功率和$ε$的降低。在非绝热制度，我们观察到强相干振荡的冷却功率作为频率的函数。我们研究了各种驱动波形：与标准正弦驱动相比，具有优化上升和停留时间的截断梯形驱动产生更高的冷却功率和效率。
2017-01-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Three qubits in less than three baths: Beyond two-body system-bath interactions in quantum refrigerators
我们表明，量子吸收制冷机，传统上被研究为三个量子位，每个量子位都连接到一个热库，也可以通过使用三个量子位和两个热浴来构建，其中两个量子位，包括要局部冷却的量子位，连接到一个公共浴。通过在玻恩-马尔可夫近似和行波近似中仔细选择系统、浴和量子位-浴相互作用参数，连接到公共浴的量子位之一实现了稳定状态下的冷却。我们观察到，所提出的冰箱也可以在参数制度，没有或可以忽略不计的稳态冷却实现，但有相当大的瞬态冷却。稳态温度可以显着降低，由于在冰箱设置中使用的共同浴存在的几体相互作用项的强度的增加。所提出的制冷机内置三个量子位和两个浴被证明提供稳态冷却的量子位和规范玻色子热库之间的马尔可夫量子位浴相互作用，和一个更简单的重置模型的量子位浴相互作用。
2021-11-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence-assisted single-shot cooling by quantum absorption refrigerators
近年来，热力学向量子领域的扩展受到了广泛的关注。当前研究的一个主要目标是找到可以通过量子力学效应增强的热力学任务。考虑到这一目标，我们探索了由三个量子位组成的吸收式制冷机的有限时间动力学。这种有限时间冷却的目的是尽可能快地达到低温，随后提取冷粒子以将其用于信息处理目的。我们表明，量子动力学固有的相干振荡可以被利用来达到比稳态更冷的温度，其数量级更少，从而提供了一个快速的低熵量子比特源。这种效应表明，量子热机可以超越经典热机，让人想起其他领域的量子优势，并适用于广泛的技术重要场景。
2015-12-09 quant-ph
Optimal performance of a quantum Otto refrigerator
考虑含时谐振子的量子奥托制冷循环。我们研究了绝热和非绝热频率调制在最大优值时的性能系数。我们得到的最佳性能在高温（经典）制度和低温（量子）限制的解析表达式。此外，我们分析了故障的冷却循环强非绝热驱动协议，并推导出分析估计的最小驱动时间允许冷却。
2016-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Unified trade-off optimization of a three-level quantum refrigerator
我们研究了三能级量子制冷机的最优性能，使用一个折衷的目标函数，$Ω$函数，它代表了一个热器件的能量效益和能量损失之间的折衷。首先，我们优化我们的冰箱的性能，采用双参数优化方案，并表明，第一个两项在所获得的性能系数（COP）的级数展开与一些经典的冰箱模型相匹配。然后，在高温极限，优化一个参数，同时约束另一个，我们得到的COP的上下界强以及弱（中间）物质场耦合条件。在强物质场耦合制度，得到的边界上的COP完全匹配的边界已经知道的一些模型的经典冰箱。此外，弱物质场耦合，我们推导出一些新的边界上的制冷机的COP的谎言所覆盖的范围以外的强物质场耦合得到的界限。最后，在制冷功率和$Ω$函数都能最大化的参数范围内，比较了最大$Ω$函数和最大制冷功率下量子制冷机的制冷功率.
2020-08-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Reducing thermal noises by quantum refrigerators
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
本文研究利用三能级或四能级系统作为量子制冷机，通过光泵浦降低微波谐振子的热噪声，推导了冷却极限并展示了其在液氦温度以下的可行性。
2025-05-06 physics.atom-ph quant-ph
Re-examining the self-contained quantum refrigerator in the strong-coupling regime
利用量子光学主方程，我们重新研究了强内耦合体系中的自容量子制冷机。结果表明，强的内部耦合会降低制冷机的制冷能力。与弱耦合情况相比，强内耦合可能导致完全不同甚至相反的热力学行为。
2015-12-11 quant-ph
Enhancing the Performances of Autonomous Quantum Refrigerators via Two-Photon Transitions
提出利用双光子跃迁实现相关热传递的 qutrit 量子制冷机，并结合合成负温度工作浴，在不需额外能源下显著提升了制冷功率与可靠性，突破了现有制冷极限。
2025-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.optics
Multi-spin counter-diabatic driving in many-body quantum Otto refrigerators
量子制冷机将热量从冷的储液器泵送到热的储液器。在少数粒子制度，反非绝热（CD）驱动，原本绝热，功交换冲程是一个很有前途的候选人，以克服瓶颈消失的冷却功率。在这里，我们提出了一个有限时间多体量子制冷机，产生有限的冷却功率在高系数的性能，大大优于其非绝热对应。我们采用多自旋CD驱动，数值研究了制冷性能随系统尺寸的标度行为。我们进一步证明，通过精确的CD协议的最佳制冷是一个催化过程。
2020-12-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Bench-top Cooling of a Microwave Mode using an Optically Pumped Spin Refrigerator
我们的实验表明，在1.45 GHz的微波模式，通过其与自旋极化的三重态掺杂的p-terphenyl晶体内的光激发并五苯分子在室温下的相互作用的热光子的临时删除。晶体的电磁功能作为一个窄带低温负载，通过受激吸收从其他室温模式中去除光子。微波模式的噪声温度下降到$50^{+18}_{-32}$ K（通过噪声功率测量直接推断），而包围该模式的腔体的金属壁保持在室温。基于与微波激射器相同的系统行为的模拟（可以更精确地表征）表明，该模式的温度可能下降到$\sim$ 10 K（对应于$\sim$ 140个微波光子）。这些观察结果与工程改进相结合，以加深冷却，确定该系统是一个窄带但非常方便的平台-没有低温，真空室和强磁体-用于实现低噪声探测器，量子存储器和量子增强机器（如热机）基于微波频率下的强自旋光子耦合和纠缠。
2021-06-05 quant-ph
Optimal quantum refrigeration in strained graphene
冰箱从低温区域吸收热能，并利用对系统所做的外部功将其倾倒到更高温度的区域。冰箱在将系统冷却到非常低的温度方面是有用的。在这封信中，我们表明，单层应变石墨烯可以用于设计一个量子制冷机具有优异的性能系数和大的冷却功率。导出了应变石墨烯器件作为量子制冷机的最佳工作点，并讨论了应变和温度对冷却的影响。
2019-08-22 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Refrigeration by modified Otto cycles and modified swaps through generalized measurements
本研究通过广义测量通道对Otto循环制冷机和swap制冷机进行改进，得到两类制冷循环，第一类性能系数随测量强度线性提升，第二类可实现由测量诱导量子引擎供能的自主制冷，且两类改进swap制冷机的热力学性质与改进Otto循环制冷机分别一致。
2024-05-14 quant-ph
Dimensional advantage in network cooling with hybrid oscillator-qudit systems
Harish-Chandra Research Institute, a CI of HBNI（哈里希-昌德拉研究所）；Dipartimento di Fisica “Aldo Pontremoli,” Università degli Studi di Milano（米兰大学阿尔多·庞特莫利物理系）
本文提出利用高维辅助系统实现网络冷却的双重优势，证明二能级系统无法实现完美冷却，但高维系统可减少循环次数并提升冷却效率。
2026-02-11 quant-ph
Minimal two-body quantum absorption refrigerator
我们研究了吸收制冷的现象，其中制冷是通过加热而不是工作来实现的，在两种不同的设置：基于耦合量子位的最小设置和两个非线性耦合谐振器。考虑到两个量子位之间的ZZ相互作用，我们概述了实现冷却所需的基本成分。使用局部以及全局主方程，我们观察到，在量子位-量子位耦合中包含XX型项对冷却是有害的。我们比较了在量子比特的情况下获得的冷却效果与非线性耦合谐振器（多能级系统），其中ZZ相互作用转化为克尔型非线性。对于小到中等强度的非线性，我们观察到多能级量子系统，例如量子比特，与量子比特相比，具有更好的冷却效果。利用Keldysh非平衡格林函数理论，我们超越了一阶连续隧穿过程，研究了高阶过程对制冷的影响。我们发现减少冷却效果相比，主方程计算。
2021-08-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement enhances cooling in microscopic quantum fridges
小型自足式量子热机在没有外部工作或控制源的情况下工作，但仅使用与热浴的非相干相互作用。在这里，我们调查的作用纠缠在一个小型的自含量子冰箱。我们首先表明，纠缠是有害的，就效率而言-冰箱在效率接近卡诺极限不具有任何纠缠。远离卡诺制度，我们表明，纠缠可以增强冷却和能量传输。因此，真正的量子冰箱可以胜过经典冰箱。此外，仅纠缠的量就量化了冷却的增强。
2014-03-14 quant-ph
Designing Robust Quantum Refrigerators in Disordered Spin Models
我们探索了一个小型的量子制冷机，其中的工作物质是由典型的最近邻量子自旋模型，XYZ和XY模型与Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用，由两个和三个自旋，其中每一个是在与玻色子浴接触。我们确定了一个特定的范围内的相互作用强度，可以适当地调整，以确保在弱耦合极限的局部温度方面的冷却选定的自旋。此外，我们报告说，在这一领域中，当相互作用的强度之一是无序的，作为制冷机操作的热机器的性能几乎保持不变，而不是退化，从而建立该设备的灵活性。然而，为了通过有序和无序自旋模型获得大量的冷却，我们观察到，必须超越弱耦合极限，并使用全局主方程计算品质因数。
2022-03-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Optimal performance of endoreversible quantum refrigerators
一般性能基准的推导在高度优化的热机和制冷机的设计中是重要的。为了得到它们，人们可以从现象学上对不可逆性的主要来源进行建模，最终得到与模型无关但范围有限的结果。或者，人们可以采取一个简单的物理系统实现热力学循环，并评估其最佳操作从一个完整的微观描述。我们遵循这种方法，以获得在最大冷却速率的\textit{any}内可逆量子制冷机的性能系数。在惊人的差异与\textit{universality}的最佳效率的热机，我们发现，在最大功率的冷却性能是至关重要的，由具体的系统浴相互作用机制的细节。一个封闭的分析基准被发现弱耦合到非结构化玻色子热浴内可逆制冷机：在量子热力学中无处不在的案例研究。
2014-11-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Refrigeration via purification through repeated measurements
我们设计了一个基于测量的量子冰箱，其中任意数量的量子位位于一维阵列中，通过可变范围的XY相互作用进行相互作用。所提出的方法是基于重复进化，然后对单个可访问量子位进行测量，这有可能降低其余子系统的温度，从而证明设备中的冷却。制冷机的性能由每个局部子系统与局部哈密顿量的基态的保真度和相应的成功概率来量化。我们确定系统参数，其中包括相互作用的强度，相互作用的范围，每个量子位的初始温度，和测量的量子位的位置，使所有未测量的量子位的一致性接近一个非零概率。我们观察到，虽然在进化过程中需要强相互作用来实现冷却，但长程相互作用通常会使制冷机的性能恶化，这表明相互作用并不普遍存在。我们报告的可扩展性和饱和特性的成功概率相对于系统的大小，这原来是独立的所涉及的系统参数和重复测量的数量。此外，我们表明，可以冷却的子系统的数量的变化取决于奇数或偶数的网站在冰箱。我们认为，未测量子比特之间的纠缠分布可以给出一个可能的解释冷却过程对测量和未测站点的依赖性。
2022-09-15 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum heat engines and refrigerators: Continuous devices
量子热力学对量子热机和制冷机提供了一致的描述，直到耦合到环境的单个几级系统的水平。一旦环境被分为三个;热，冷和工作水库热机可以操作。该器件将正增益转换为功率;其中增益是从器件组件之间的粒子数反转获得的。反向操作将设备转变为量子冰箱。量子三轮车，一个由三个外部引线连接到三个热源的设备，被用作发动机和冰箱的模板。由第一性原理导出了热流和功率的运动方程。只有装置与储液器的耦合的整体描述才符合热力学第一和第二热力学定律。优化的设备导致一组平衡的参数，其中耦合到三个水库是相同的顺序和外部驱动场是共振。在分析冰箱时，要特别注意热力学第三定律的动力学版本。当接近绝对零度时，冷却速率的界限通过优化冷却电流来获得。在低温下，所有的冰箱都表现出普遍的特性。第三定律的动力学版本对系统施加的限制进行了研究。
2013-10-02 quant-ph
Autonomous quantum absorption refrigerators
利用量子点共振隧穿的量子物理特性，提出了一种量子吸收制冷机。冷库和热库是费米子引线，通过量子点隧道耦合到中央费米子腔，并且我们提出了这样的配置，其中从（非常热的）中央腔吸收的热量被用作资源，以选择性地将热量从左侧的冷库传递到右侧的热库。在设备中的热传输是粒子-孔对称的，我们发现两个制度的冷却作为一个功能的能量的点-对称相对于费米能量的水库-我们将它们与热传递的电子以上的费米能级，和低于费米能级的空穴，分别。我们还讨论了通过微调点的能量以及它们的线宽来优化冷却效果，并表征运输是可逆的，从而实现卡诺性能系数的制度，提供零冷却功率。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cyclic Superconducting Quantum Refrigerators Using Guided Fluxon Propagation
本文提出以第二类超导体中的磁通子为冷却剂，借助 Corbino 电流驱动和磁场梯度在跑道结构中完成绝热/等温循环，并量化 s 波与 d 波情形的制冷功率及性能系数。
2022-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum refrigerator embedded in spin-star environments: Scalings of temperature and refrigeration time
Harish-Chandra Research Institute, A CI of Homi Bhabha National Institute（哈瑞什-昌德拉研究所，霍米·巴巴国立学院附属机构）
研究嵌入自旋星环境的量子吸收式制冷机，利用哈密顿量对称性对量子比特约化密度矩阵半解析求解，推导自主制冷条件，分析温度和制冷时间标度、非马尔可夫性及热流，其性能在参数变化下鲁棒，能在短时间达更低温度。
2026-07-21 quant-ph
Superconducting quantum refrigerator: Breaking and rejoining Cooper pairs with magnetic field cycles
我们提出了一种基于超导体作为工作物质的重复绝热磁化/退磁循环的固态制冷技术。对于不同的基底初始温度，证明了与工作物质接触的基底（正常金属）的逐渐冷却。多余的热量被给予热的大能隙超导体。由于有效的热切换机制，片上制冷机以循环方式工作：由于能隙的出现，N/N与N/S结之间的热传输是不对称的。这个开关允许金属的选择性冷却。我们发现，这种制冷技术可以冷却一个0.3厘米的$^{3}$块的铜几乎两个数量级从200 mK开始，并下降到约1 mK开始的基础温度的稀释冰箱（10 mK）。对于1 cm $\times$ 1 cm界面，相应的冷却功率分别为25 nW和0.06 nW，其与界面面积成比例。
2019-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Superradiant many-qubit absorption refrigerator
我们发现，集体反铁磁相互作用和集体耦合到三个水库的大自旋网络的较低水平可能作为一个量子吸收冰箱。在适当的状态下，该制冷机的稳态冷却流与工作介质的尺寸成二次方比例，即，旋转的次数。对于噪声和熵产生率观察到相同的缩放。
2021-09-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Two-Stroke Optimization Scheme for Mesoscopic Refrigerators
冰箱利用热力学循环将热能从冷的容器转移到热的容器。用介观组件实现这种操作原理最近已经成为一种有前途的策略，用于控制量子技术应用中的微米和纳米系统中的热流。在这里，我们结合随机和量子热力学的概念与先进的最优控制理论的方法，开发一个通用的优化方案，这样的小规模的冰箱。涵盖经典和量子制度，我们的理论框架提供了一个严格的程序来确定周期性的驱动协议，最大限度地提高冷却功率或效率。作为主要的技术手段，我们将冷却循环分解为两个冲程，可以逐个优化。在缓慢或快速驾驶的制度，我们展示了如何通过调用适当的近似可以大大简化这个过程。为了证明我们的方案的实际可行性，我们确定了量子微冷却器的确切最佳驱动协议，该协议可以通过现有技术在实验上实现。我们的工作为工程冷却装置的最佳设计策略提供了一个强大的工具，并为探索介观热机的基本性能极限的理论研究创建了一个通用框架。
2019-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Enabling the self-contained refrigerator to work beyond its limits by filtering the reservoir
本文研究了量子自含制冷机[N. Linden，S. Popescu和P. Skrzypczyk，Phys. Rev. Lett. \textbf{105}，130401（2010）]中描述的方法。研究发现，如果能适当滤除三种热库中的某些模式，则制冷机的效率和工作范围都比弱内耦合时有所提高，这表明了强内耦合的优势之一。此外，我们还发现背景自然真空库会导致过滤制冷机停止工作，而背景自然热库会大大降低制冷效率。
2017-11-30 quant-ph
Quantum Refrigerator and the III-law of Thermodynamics
研究了冷却量子浴在温度降至绝对零度时的温度下降速率。然后，通过计算接近绝对零度T \rightarrow 0时冷却过程的特征指数dT（t）/dt \sim-T ^T来动态地量化热力学III定律。采用了一个量子制冷机的连续模型，其工作介质由两个耦合谐振子或两个耦合二能级系统组成。制冷机是一种非线性装置，它将来自三个热浴的三股电流合并在一起：一个要冷却的冷浴，一个作为熵阱的热浴，以及一个作为冷却功率源的驱动浴。将热驱动制冷机（吸收式制冷机）与动力驱动制冷机进行比较。当优化时，两种情况导致相同的指数λ，显示出对工作介质的形式和驱动器的特性缺乏依赖性。因此，特征指数由冷库的性质及其与系统的相互作用决定。两个通用的热浴模型被认为是，由谐振子组成的浴和由理想玻色/费米气体组成的浴。的相互作用的哈密顿量施加的III-法律的限制进行了讨论。在附录中概述了热力学驱动的开放系统理论及其对热力学的意义。
2012-05-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Short Time Cycles of Purely Quantum Refrigerators
研究了没有经典模拟的四冲程奥托制冷循环。相对于工作介质的内部时间尺度而言，这些制冷机的特点是循环时间极短。因此，这些周期被称为突然的。突变环的特征是稳定的极限环，它是全局循环传播子的不变量。在其操作期间，工作介质的状态具有显著的一致性，由于分配的时间非常短，该一致性在平衡段中不会被擦除。该特性反映在工作介质的能量熵和冯诺伊曼熵之间的差异中。一个分类计划突然冰箱允许简单的近似的冷却功率和性能系数的开发。
2012-04-18 quant-ph
Phonon-blocked junction refrigerators for cryogenic quantum devices
制冷是量子技术的重要推动力。在量子技术设备和系统中通常使用的基本激发的非常低的能量需要远低于1 K的温度。昂贵的低温恒温器用于达到低于1 K的状态，固态冷却解决方案将彻底改变该领域。基于声子阻挡的超导体-超导体结的新型电子微冷却器可以为这种小型化提供一条可行的途径。在这里，我们调查这些结冰箱的性能限制。
2022-09-13 quant-ph
From quantum heat engines to laser cooling: Floquet theory beyond the Born-Markov approximation
我们结合形式主义的Floquet理论和充分的计数统计与马尔可夫嵌入策略访问的动力学和热力学的周期性驱动的热机超出传统的Born-Markov近似。工作介质是一个两能级系统，我们驱动隧道以及耦合到一个浴相同的周期。我们确定四个不同的操作制度，我们的机器，其中包括一个热机和制冷机。随着耦合强度的增加，制冷机区消失，热机区变窄，效率和性能系数降低。此外，我们的模型可以重现激光冷却的囚禁离子在特定的参数限制的设置。
2018-06-15 quant-ph
Analytic Theory and cQED Implementation of a Two-Qubit Refrigerator: Sub-100 mK Cavity Cooling from a 4 K Bath
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Institute for Advanced Studies in Basic Sciences, Zanjan（赞詹基础科学高等研究院）
本文提出利用内部相关原子对的泊松流来冷却微波谐振腔的理论框架，通过分析不同耦合几何结构，发现双原子配置能实现更高效的量子增强冷却，实验方案利用超导量子位实现亚100mK的腔体冷却。
2026-04-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thermodynamics of one and two-qubit quantum refrigerators interacting with squeezed baths: a comparative study
本文比较研究单、双量子比特冰箱在压缩热库中的非平衡制冷性能，发现压缩参数与量子比特数显著影响制冷效果，且双量子比特方案在相同条件下更优。
2023-06-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Transient effects in quantum refrigerators with finite environments
该研究聚焦三比特量子制冷机的瞬态冷却，通过替换有限尺寸自旋环境实现更优冷却效果，推导非马尔可夫动力学方程并提出非马尔可夫性见证量，同时分析了噪声对制冷的影响阈值。
2025-01-13 quant-ph
Physical implementations of quantum absorption refrigerators
吸收式制冷机是一种自主的热力机器，它利用热从热水浴到环境中的自发流动来进行冷却。在这里，我们讨论了吸收式冰箱在两种不同的设置：即腔和电路量子电动力学的量子实现。首先，我们提供了一个统一的描述这些机器的虚拟温度的概念。接下来，我们将详细描述两种不同的物理设置，并比较它们的属性和性能。最后，我们展望了未来的工作和开放的问题，在这一领域的研究。
2018-11-13 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Coherences and the thermodynamic uncertainty relation: Insights from quantum absorption refrigerators
热力学的不确定性关系，最初推导出经典的马尔可夫跳跃过程，提供了一个权衡精度和耗散之间的关系，加深了我们对量子热机的性能的理解。在这里，我们研究的相互作用的量子系统相干性和热流涨落的有效性的热力学不确定性关系的量子制度。为了实现当前的统计，我们执行Redfield量子主方程的全计数统计模拟。我们重点研究稳态量子吸收制冷机，与非相干极限相比，本征态之间的非零相干可以抑制或增强制冷能力。在这两种情况下，我们发现增强的相对噪声的冷却功率（标准偏差的平均功率）的存在下，系统的一致性，从而证实了热力学的不确定性关系。我们的研究结果表明，在评估量子相干热机的性能时，需要考虑波动。
2020-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum absorption refrigerator with trapped ions
热力学是物理学中最古老、最成熟的分支之一，它为宏观系统中可能实现的目标设定了边界。虽然它开始作为一个纯粹的经典理论，但在量子力学的早期，人们意识到大型量子器件，如微波激射器或激光器，可以用热力学形式主义来处理。最近在热机的小型化方面取得了显著的进展，一直到单个布朗粒子以及单个原子。然而，尽管有一些理论上的建议，在完全量子机制中实现热机仍然是一个挑战。在这里，我们报告了一个实验实现的量子吸收式制冷机在一个系统中的三个被困离子，其三个正常的运动模式耦合的三线性哈密顿量，使两种模式之间的热传递制冷的第三个。我们研究了该制冷机的动力学和稳态性质，并比较了它的冷却能力时，只涉及到热态的情况下，压缩作为一种量子资源。我们还研究了这样的冰箱在Single Shot制度的性能，并证明冷却低于稳态能量和基准预测的经典热力学处理。
2017-02-28 physics.atom-ph quant-ph
Quantum thermal absorption machines: refrigerators, engines and clocks
技术的不可阻挡的进步，提高效率的不懈努力，以及通过量子效应提高性能的诱人前景，都是研究微观机器的令人信服的理由。吸热机器是一类特别有趣的设备，它们可以自主运行，仅使用热流来执行有用的任务。在量子机制中，这提供了一个自然的设置，可以量化各种操作的热力学成本，如冷却，计时或纠缠产生。本文介绍了量子吸收机的物理教学介绍，详细介绍了冰箱，发动机和时钟。
2019-07-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Shortcut-to-adiabaticity quantum Otto refrigerator
我们研究了在有限时间内运行的量子奥托制冷机的性能，并利用局部反绝热技术。当工作介质是一个频率随时间变化的量子谐振子时，我们计算了它的性能系数和制冷功率。我们发现，量子制冷机优于其传统的同行，除了非常短的周期时间，即使当本地反绝热驱动的驱动成本包括在内。此外，我们推导出的量子速度限制的基础上的热机的性能上界，并表明，他们比热力学第二定律更严格。
2019-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal Performance of Quantum Refrigerators
研究了往复式量子制冷机，目的是确定制冷到绝对零度的极限。我们发现，如果工作介质的能谱具有一个不可控的差距，那么有一个最低可达到的温度高于零。这种间隙与可忽略的噪声量相结合，防止了在退磁阶段期间的绝热跟随，这是达到$T_c \to 0$的必要条件。该制冷机基于奥托循环，其中工作介质是具有能隙的相互作用自旋系统。对于这个系统，外部控制哈密顿量与内部相互作用不对易。结果，在操作循环的去磁和磁化段期间，系统不能自动地跟随能级的时间变化。我们将非绝热动力学与量子摩擦联系起来。定义了一个绝热测度来表征哈密顿量的变化率。封闭形式的解决方案被发现为一个常数绝热措施的所有周期段。我们已经确定了一个家庭的量化的无摩擦周期增加的周期时间。这些循环使熵产生最小化。这种无摩擦循环能够冷却至$T_c=0$。控制器上的外部噪音消除了这些无摩擦循环。相位和幅度噪声的影响上的退磁和磁化段显式推导。最佳冷却循环进行了广泛的数值研究表明，在足够低的温度下，噪声总是占主导地位，限制最低温度。
2009-09-08 quant-ph
