通过两光子跃迁增强自主量子制冷器的性能

传统的自主量子制冷器依赖于通过单光子跃迁和正温度工作浴实现的工作系统与浴之间的非相关热交换，这本质上限制了其制冷性能。这里，我们引入不同构的量子制冷器，利用通过两光子跃迁实现的相关热交换，从而在制冷性能上显著优于传统构的量子制冷器。这些制冷器在制冷功率和可靠性方面至少提高了两倍。此外，我们展示，通过利用合成负温度工作浴，制冷功率和可靠性可以进一步通过多个倍数地同时提升，甚至超过现有的制冷极限。这种制冷器可以通过组合相关热交换和合成工作浴实现，其中包括与热浴和冷浴相互作用的四能级系统，通过两个独立的两光子跃迁与两个传统工作浴相互作用。工作浴的组合在适当的参数选择下有效地创建了合成负温度工作浴。此外，我们的自主制冷器在负温度浴的条件下在制冷能力方面显著优于之前研究的自主和非自主制冷器，无需额外能源资源即可将冷浴制冷到更低的温度，而其他制冷器不允许此情况发生。我们的结果表明，相关热交换和带有负温度的浴可以在量子器件中产生热力学优势。最后，我们讨论了该提议制冷器在各种现有平台上的实验可行性。