微观热机运行中量子效应的实验演示
量子物理
2019-03-22 v2 统计力学
化学物理
摘要
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构建和根本应用之一。热机的经典描述不包含其微观自由度的相干性。相比之下，量子热机可能在其内部状态之间具有相干性。虽然无法超越卡诺效率，且在某些条件下相干性可能会降低性能，但最近有预测表明，即使仅使用热资源，内部相干性也能使量子热机产生比使用相同资源的任何经典热机更大的功率。这种功率提升因此构成了量子热力学特征。研究还表明，相干性的存在导致了不同量子热机类型之间的热力学等价性，这是一种没有经典对应物的效应。微观热机最近已在囚禁离子中实现，并提出了使用超导电路和光力学的热机方案。然而，在使用标准热浴运行时，迄今为止实现的热机尚未在其热力学量中展示任何固有的量子特征。在此，我们利用金刚石中的氮 - 空位中心系综实现了两种类型的量子热机，并在实验上演示了相干性功率提升以及不同热机类型的等价性。这构成了在热机中首次观测到量子热力学特征。
引用
@article{arxiv.1710.08716,
title = {Experimental demonstration of quantum effects in the operation of microscopic heat engines},
author = {James Klatzow and Jonas N. Becker and Patrick M. Ledingham and Christian Weinzetl and Krzysztof T. Kaczmarek and Dylan J. Saunders and Joshua Nunn and Ian A. Walmsley and Raam Uzdin and Eilon Poem},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.08716},
year = {2019}
}