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
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
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
Observation of collective coupling between an engineered ensemble of macroscopic artificial atoms and a superconducting resonator
不同量子系统的杂交现在被看作是一种有效的方式来工程的整个系统的属性，导致在量子超材料，量子模拟，和量子精密测量的应用。一个众所周知的例子是超导电路耦合到微观自然原子的集合。在这种情况下，单个原子的性质是固有的，因此是不可改变的。然而，目前的技术允许我们制造宏观人造原子的大集合，例如超导通量量子比特，在那里我们可以真正定制和控制单个量子比特的属性。在这里，我们演示了微波谐振器和几千个超导通量量子比特之间的相干耦合，在那里我们观察到一个大的色散频率偏移的频谱250 MHz的集体行为诱导。这些结果代表了迄今为止实现的最大数量的耦合超导量子比特。我们的方法表明，现在可以设计系综的属性，为量子多体系统的受控探索开辟了道路。
2016-06-14 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
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
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
Electromagnetic Simulation and Microwave Circuit Approach of Heat Transport in Superconducting Qubits
超导电路中量子热输运的研究对于进一步理解量子力学与热力学之间的联系以及量子信息的可能应用具有重要意义。已经设计并测量了第一批实验实现的设备，这些设备展示了由量子比特介导的光子热传输。出于对这些实验结果的分析，以及未来的实验设计，我们使用Sonnet软件通过电磁模拟来数值评估量子比特谐振器器件在线性电路区域中的光子热输运，并与微波电路理论进行比较。我们表明，该方法是一个强大的工具来计算热传输和预测不必要的寄生共振和背景。
2022-07-26 cond-mat.mes-hall 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
Experimental demonstration of steady-state dynamics of three-level quantum heat engine using superconducting quantum circuits
本研究提出利用超导量子电路模拟三能级量子热机稳态动力学的方法，经真实量子器件实验验证结果与理论高度吻合，为三能级量子热机研究提供了低成本的新验证途径。
2024-05-14 physics.app-ph quant-ph
Quantum Heating of a nonlinear resonator probed by a superconducting qubit
利用超导人工原子作为探针，测量了泵浦非线性谐振腔中的量子涨落。量子位激发谱提供了对腔内场波动的频率和温度的访问。这些被发现与理论预测一致，特别是我们实验观察到的量子加热现象。
2012-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Photonic heat transport in three terminal superconducting circuit
量子热输运器件目前在理论上被广泛研究。量子热输运器件的实验实现是一项具有挑战性的任务。到目前为止，它们主要是在超冷原子和单原子阱实验中研究的。还进行了超导量子比特的实验，并在两端器件中研究了热传输和热整流。具有三个独立端子的结构为实现热晶体管、热开关、片上微波激射器和甚至更复杂的器件提供了额外的机会。本文报道了一种基于超导量子线路的三端光子热输运器件的实验实现。它的中心元件是一个通量量子位，由包含三个约瑟夫森结的超导回路组成，该回路连接到三个由电阻器终止的谐振器。通过加热其中一个电阻并监测另外两个电阻的温度，我们确定了系统中的光子热流，并证明了它们在1 aW水平的磁场下的可调谐性。我们通过对一个单独的名义上相同的样品进行微波传输测量来确定系统参数，并以这种方式证明量子位的能级分裂和流过它的热流之间的明确相关性。我们的实验是在片上量子热传输器件的发展中的重要一步。一方面，这种设备对基础科学非常感兴趣，因为它们允许人们研究量子干涉和纠缠对热量传输的影响。另一方面，它们对于快速发展的量子计算领域也具有很大的实际意义，其中量子位产生的热量的管理是一个问题。
2021-12-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity-based reservoir engineering for Floquet-engineered superconducting circuits
考虑到超导电路的例子，我们展示了如何Floquet工程可以与水库工程相结合的目标状态的控制准备。Floquet工程是指通过时间周期强迫来控制量子系统，通常在高频区域，因此系统有效地由具有新颖有趣性质的时间无关Floquet哈密顿量来控制。另一方面，在超导电路中，可以通过将人造原子（或量子比特）系统分散地耦合到泵浦泄漏腔来实现水库工程，使得诱导耗散引导系统进入期望的目标状态。这是不明显的，这两种方法可以结合起来，因为达到色散制度，其中系统和腔交换激励只是虚拟的，可以破坏驱动诱导的共振跃迁。然而，工作在扩展Floquet空间和治疗系统腔耦合以及驱动诱导的激发过程在同一立足点上微扰，我们确定制度，其中水库工程的目标Floquet状态是可能的，并准确地描述了一个有效的时间无关的主方程。我们成功地基准我们的方法在一个系统中的相互作用玻色子的基态进行Floquet工程磁场在不同的晶格几何形状的准备。
2022-11-30 cond-mat.quant-gas quant-ph
Using Superconducting Qubit Circuits to Engineer Exotic Lattice Systems
我们提出了一种基于超导量子比特和谐振器的架构，用于实现各种奇异的晶格系统，如自旋和哈伯德模型在更高或分形维数和更高的属拓扑结构。自旋系统自然地使用量子比特来实现，而超导谐振器可以用于实现玻色-哈伯德模型。这些设计的基本要求，例如任意量子位对之间的可控相互作用，最近已经在实验室中实现，使我们的建议在当前技术下可行。
2010-11-25 cond-mat.supr-con 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
Heat rectification via a superconducting artificial atom
在将电子设备降低到纳米尺度的过程中，传热已经成为一个严重的障碍，但也是未来发展的潜在资源，无论是对于传统架构还是量子计算架构。因此，在电路量子电动力学（cQED）和电路量子热力学实验（cQTD）的工程微波环境中，控制超导电路中的热传输受到越来越多的关注。虽然cQTD器件的理论建议很多，但实验情况却不那么先进。只有相对较少的实验实现，主要是由于在开发的混合设备和接口这些往往技术对比组件的困难。在这里，我们展示了一个量子热整流器的实现，一个热等效的电子二极管，利用超导transmon量子比特耦合到两个强烈不平等的谐振器终止介观热浴。我们的工作是由Segal和Nitzan提出的自旋玻色子整流器的实验实现。
2019-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantifying the quantum heat contribution from a driven superconducting circuit
揭示量子力学特有现象在热力学中的影响是确定量子操作的基本成本和热机中的量子优势的关键一步。我们提出了一个双储层系统来探测相干驱动原子与其热环境交换的热流中的量子分量。调整驱动参数可以打开和关闭对热流的量子和经典贡献，从而实现它们的独立表征。我们证明了在电路QED设置的测量的可行性。我们的研究结果为量子技术中普遍存在的这种量子热力学签名的首次实验验证铺平了道路。
2020-07-07 cond-mat.mes-hall 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
A Quantum Engineer's Guide to Superconducting Qubits
这篇综述的目的是为量子工程师提供一个快速加速的超导量子线路领域的中心概念和挑战的入门指南。在过去的20年里，该领域已经从主要的基础研究努力成熟到越来越多地探索大型超导量子系统的工程。在这里，我们回顾了几个基本要素-量子位设计，噪声特性，量子位控制和读出技术-在此期间开发的，桥接电路量子电动力学（cQED）和当代的基本概念，最先进的应用程序在门模型量子计算。
2021-07-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
The upside of noise: engineered dissipation as a resource in superconducting circuits
从历史上看，超导电路中的噪声一直被认为是需要消除的障碍。设计超导电路的大部分研究工作都集中在降低噪声上，并取得了巨大的成功，因为在过去的二十年中，相干时间增加了四个数量级。然而，噪声和耗散永远无法完全消除，而且，迅速增长的理论和实验工作表明，精心调谐的噪声，以工程耗散的形式，可以成为设计和操作量子线路的非常有用的工具。在这篇文章中，我回顾了工程耗散的重要应用，包括状态生成，状态稳定和自主量子纠错，其中工程耗散可以减轻固有噪声的影响，降低量子信息处理中的逻辑错误率。此外，我提供了超导量子比特的基本噪声过程（光子损失和相位噪声）的教学审查，并认为，任何耗散机制，可以纠正光子损失的错误是很可能自动抑制退相。我还讨论了量子模拟的应用，以及未来可能的研究方向。
2017-08-08 cond-mat.supr-con 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
Tunable coupling engineering between superconducting resonators: from sidebands to effective gauge fields
在这项工作中，我们表明，微波谐振器之间的可调谐耦合可以通过简单的约瑟夫森结电路，如直流和rf-SQUID。我们表明，通过控制耦合的时间依赖性，它是可能的开关和调制的串扰，提高相互作用的超强制度，以及工程师的红色和蓝色边带耦合，非线性光子跳跃和经典的规范场。我们将讨论这些动态可调超导电路如何使关键应用领域的全光量子计算，连续变量量子信息和量子模拟-所有达到最先进的电路QED实验。
2012-07-14 cond-mat.supr-con 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
Superconducting-like heat current: Effective cancellation of current-dissipation trade off by quantum coherence
产生大电流通常需要大的耗散，如在电传导中的情况，其中焦耳加热与电流的平方成比例。随机热力学为研究小涨落系统的非平衡态热力学提供了一个框架，最近，人们对电流和耗散之间的权衡关系提出了微观推导和普遍理解。在这里，我们建立了一个通用的框架，阐明了量子相干性如何影响电流和耗散之间的权衡：一个适当的使用相干性增强热流而不增加耗散，即相干性可以减少摩擦。如果相干量足够大，这种摩擦几乎为零，实现了类似超导的“无耗散”热流。由于我们的框架澄清了相干性，能量流和耗散之间的一般关系，它可以应用于许多科学分支。作为能量科学的一个应用，我们构造了一个量子热机循环，它超越了经典热机的功率效率限制，在快速循环中有效地达到了有限功率的卡诺效率.我们讨论了我们的研究结果在量子信息理论，凝聚态物理和生物学领域的重要意义。
2020-04-28 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
Engineering cryogenic setups for 100-qubit scale superconducting circuit systems
一个强大的低温基础设施的形式有线，热优化稀释制冷机是必不可少的，现在和未来的基于固态的量子处理器。在这里，我们设计了一个可扩展的低温设置，可以最大限度地减少被动和主动热负载，同时保证快速的量子位控制和读出。我们回顾了量子位驱动线，磁通线和输出线的设计标准，在典型的超导电路实验中使用，并详细描述了每种类型的线。测量了不锈钢和NbTi同轴电缆的被动热负载以及由于信号耗散引起的主动负载，验证了我们用于衰减器、电缆和其他微波元件的热锚定的稳健且可扩展的概念。我们的研究结果对于管理未来基于超导电路的大规模量子计算机的热预算非常重要。
2018-06-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electric field control of radiative heat transfer in a superconducting circuit
热对于量子系统的运行是有害的，但它基本上根据量子力学表现，是相位相干的，并且是普遍量子限制的，而不管它的载流子是什么。由于它们的鲁棒性，集成耗散元件的超导电路是模拟量子热传输中的多体现象的理想候选者，迄今为止几乎没有实验探索。然而，他们的能力，以解决潜在的充分的物理丰富性是严重阻碍了独家使用的磁通量作为控制参数，并需要补充的方法。在这里，我们介绍了一个双重的，无磁场的电路，在超导岛的电荷量子化，使彻底的电场控制。因此，我们调整热导，接近其量子极限，一个单一的光子通道之间的两个介观水库。我们观察到的热流振荡源于库珀对隧道效应和库仑排斥之间的竞争，以及捕获一个简单的模型。我们的研究结果表明，电荷和通量之间的对偶性扩展到热传输，在量子器件的热管理中具有广阔的应用前景。
2020-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
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
Nonlocal quantum heat engines made of hybrid superconducting devices
我们讨论了一种量子热机，它从耦合到正常和超导水库的热驱动双量子点产生功率。量子点之间的能量交换由电子-电子相互作用介导。我们可以区分设备操作模式中的三种主要机制。在Andreev隧穿机制中，能量在零粒子态和两粒子态的相干叠加中流动。尽管Andreev过程的内在电子-空穴对称性，我们发现，热机的效率增加与超导水库的耦合。第二种机制发生在准粒子输运的制度。在这里，我们得到了大的效率，由于超导能隙的存在和周围的间隙边缘的电子态密度的强能量依赖性。最后，在第三个制度存在的Andreev过程和准粒子隧穿之间的竞争。总之，我们的研究结果强调了对隧穿和结构带谱的重要性，在正常超导耦合点系统的热机性能的准确表征。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Turning a superconducting diode into a Feynman ratchet to realize a nanoscale heat engine
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Sabanci University（萨贝里大学）；University of Twente（特温特大学）；University of Geneva（日内瓦大学）
该研究提出基于约瑟夫森结的超导二极管型费曼棘轮，实现纳米级热机，可从温度梯度的热涨落中做功，还分析其功率、效率及反向运行作珀尔帖冷却器的条件。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Floquet engineering in superconducting circuits: from arbitrary spin-spin interactions to the Kitaev honeycomb model
我们推导了一个理论，通过周期性的时间调制的单个量子比特或量子比特的相互作用，在超导电路中产生任意的自旋-自旋相互作用。在我们的方法中的调制频率是在微波或射频制度，使所需的领域可以产生与标准发电机。其中，我们的方法是适合于生成自旋晶格，表现出量子自旋液体的行为，如Kitaev的蜂窝模型。
2018-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting Gap Engineering in Tantalum-Alloy-Based Resonators
本研究通过在钽中掺入20%铪实现超导能隙工程，将转变温度提升40%至6.09 K，且不增加低温损耗，为量子器件材料优化提供了新途径。
2025-10-16 cond-mat.supr-con physics.app-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
Protecting superconducting qubits from external sources of loss and heat
我们描述了一个超导量子比特嵌入前和嵌入后，它与它的包在吸收介质。我们观察到有效量子位温度的急剧改善和弛豫时间的十倍以上的改善高达5.7 $μ$ s。我们的研究结果表明，低温设备内部外部辐射的存在可能是量子比特初始化和相干性的限制因素。我们推断，从简单的计算，松弛是不受限制的热光子在样品中嵌入之前，但所产生的准粒子产生的耗散。
2011-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum-enhanced performance in superconducting Andreev-reflection engines
本文研究连接金属库与超导体的量子点 Andreev 反射引擎，证明量子增强机制可同时实现高功率与高效率，并突破经典引擎的热力学权衡及精度动力学约束。
2023-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech 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
