基础科学研究所
图1
经历四个冲程的奥托循环的单个循环示意图(Nc =1)
工作物质是一个量子比特，经历了不完美的热化(加热和冷却)冲程和有限时间的做功(压缩和膨胀)冲程
(b)有限时间量子奥托发动机每个循环的功输出，(c)发动机的可靠性，以及(d)最大功率输出
发动机运行Nc周期
在所有情况下，保持相干性的重复接触(RC，蓝色十字)方案优于消除所有相干性的重复测量(RM，红色实心圆)
学分:基础科学研究所 热机是利用废热来进行机械工作和发电的装置
热机的发明开创了250年前的工业革命时代
奥托发动机使用不同的热量和工作冲程，为几乎所有汽车提供动力，并且由于其相对较高的功率和效率而成为行业标准
在奥托发动机中，工作物质通常是限制在活塞中的气体，活塞经历四个连续的冲程:首先被压缩，然后被加热，膨胀，最后冷却到初始温度
今天，纳米制造的重大进展使量子热机成为人们关注的焦点
像它们的经典对应物一样，量子热机可以在连续或循环的环境中运行
与使用大量工作物质的经典引擎不同，量子引擎的工作物质具有显著的量子特征
其中最突出的是它所能承受的能量的离散性
从经典的观点来看，更奇怪的是，一个量子系统可能同时存在于它的两种或多种允许的能量中
这种没有经典模拟的特性被称为量子相干
除此之外，量子奥托发动机也有四冲程的特点，就像它的经典发动机一样
确定量子奥托发动机的性能指标，如功率输出或效率，是改进设计和定制更好工作物质的关键
对这些指标的直接诊断需要在每个冲程的开始和结束时测量发动机的能量
虽然经典引擎只受到测量的轻微影响，但在量子引擎中，测量行为本身会导致一种奇怪的测量效应，其中引擎的量子状态会受到量子力学的严重影响
最重要的是，周期结束时系统中的任何一致性都将被测量效应完全消除
长期以来，人们一直认为这些奇怪的测量诱导效应与理解量子引擎无关，因此在传统的量子热力学中被忽略了
此外，在监控协议的设计上没有花太多心思，该协议在最小程度上改变发动机性能的同时产生对发动机性能的可靠诊断
然而，韩国基础科学研究所复杂系统理论物理中心进行的创新突破性研究可能会改变这种僵化的观点
研究人员调查了不同的基于测量的诊断方案对量子奥托发动机性能的影响
此外，他们发现了一种最小侵入性的测量方法，可以保持整个周期的一致性
研究人员采用了所谓的重复接触方案，他们使用辅助探头记录发动机的状态，探头的测量只在发动机工作周期结束时进行
这避免了在每次冲程后重复测量发动机的需要，并且避免了不希望的测量引起的量子效应，例如在循环期间建立的任何相干性的去除
在发动机的整个寿命期内保持一致性增强了关键性能指标，如最大功率输出和可靠性，使发动机更有能力、更可靠
教授
Thingna说，“这是第一个实验者的影响得到适当考虑的例子，他想知道发动机是否按照设计的那样工作
" 研究人员用一种只有两种量子态的工作物质覆盖了发动机各种不同的工作模式，发现对于无限慢的理想化循环，应用哪种监控方案没有区别
但是所有在有限时间内运行并因此具有实际意义的发动机，当根据重复接触方案对它们进行监测时，它们的功率输出和可靠性会好得多
总的来说，研究人员得出结论，测量技术的本质可以使理论更接近实验数据
因此，在监测和测试量子热机时，考虑这些因素至关重要
这项研究发表在《物理评论X量子》上
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