基于隧穿耦合一维玻色气体的有限时间量子 Otto 引擎

我们对由一维弱相互作用玻色气体在准凝聚体 regime 下驱动的有限时间量子 Otto 引擎循环进行理论研究。利用c场方法，我们模拟了整个Otto循环，即两个工作 strokes 和两个平衡 strokes。具体而言，interaction-induced work strokes 被建模为将工作流体作为受约束的量子多体系统进行单位演化。相反，equilibration strokes 被建模为将工作流体视为与另一准凝聚体进行隧穿耦合的开放式量子系统，该准凝聚体充当热或冷储腔，尽管体积有限。我们发现，与均匀的1D玻色气体不同，受势场约束的准凝聚体不能仅作为纯粹的热引擎运行；相反，引擎操作是通过对工作流体施加额外化学功而实现的，这种化学功是由来自热储腔的粒子流入所促进的。对平衡 strokes 动力学的微观处理使我们能够评估该Otto化学引擎的特征操作时间尺度，这对于表征其功率输出至关重要，而无需对典型热化时间尺度进行任何经验性假设。我们分析了该提议的Otto化学引擎的性能并量化了其权衡指标，发现其在效率和功率输出之间提供了有利的权衡，特别是当通过突变 quench 实施 interaction-induced work strokes 时。我们进一步演示，在突变 quench 条件下，该引擎的效率接近近似绝热（接近最大效率）极限，同时实现最大功率输出。