新研究表明利用量子效应的热机引擎性能要优于经典极限

产业资讯 量科网 2022-03-07 10:20

新的实验清楚地表明了量子效应(以量子关联的形式)如何能使热机引擎的性能优于经典极限。由“恶魔”麦克斯韦妖操纵的引擎可以产生比基本热力学所预期还要更多的功,但量子恶魔是否能胜过经典恶魔仍然是一个悬而未决的问题。一项新的实验研究表明,相关性——特别是一种被称为量子转向(quantum steering)的相关性——可以从原子级引擎中提取比传统方法要更多的工作。

新研究表明利用量子效应的热机引擎性能要优于经典极限

一个恶魔——就像物理学家Leo Szilárd在1929年所想象的那样——可以测量热机引擎内部的粒子,然后可以使用该信息来配置引擎,从而产生更多的工作。表面上看起来,这种增强的输出并不违反热力学极限,因为恶魔的信息收集因素会进入熵的预算。

最近的这项研究工作着眼于量子西拉德引擎,但它们相对于经典引擎的优势尚不清楚,部分原因是热力学系统中的“量子”构成模糊不清。现在,中国科学技术大学的杜江峰院士和其同事设计了一种引擎,其量子性被清楚地识别为来自于量子相关性。

该团队的引擎是一种称被为氮空位中心(NV)的钻石缺陷,其原子核和电子自旋分别扮演着工作介质和热库(thermal bath)的角色。研究人员使用介质和库之间的转向类型相关性来初始化系统。他们表明,这个恶魔可以测量库并使用该信息来优化介质上的工作提取操作。因此,他们发现相关(量子)引擎的工作超过了不相关(经典)引擎的工作极限。研究人员还预计,量子相关性将成为其他量子热机的核心因素。(编译:Qtech)