利用量子统计提升热机效率

设计量子热力学器件的核心焦点之一是与经典器件相比，潜在可从量子效应中获益的程度。最近实现的 Pauli 发动机——通过改变粒子统计来提取能量，作为传统热源的替代方案——开输了了新的研究方向，可将量子统计视为热力学资源。在本工作中，我们提出了混合型量子热机，利用额外的工序在循环过程中改变单个粒子统计，从玻色子描述切换到费米子描述。为实现此目标，我们考虑 1 维 Lieb Liniger 气体，其中 s 波相互作用可在非相互作用态与硬核极限之间调节，分别由玻色子和费米子统计描述。我们展示，通过合理选择在 Otto 式循环中实现这些统计工序的位置，可显著提升效率和工作输出，相较于完全玻色子或完全费米子发动机而言。此外，在退化极限下，我们的发动机可达到卡诺效率，due to 统计工序对热量和功量的不同贡献之间的相互作用。最后，我们指出，热力学循环可实现其他热力学操作，如制冷机，为广泛温度范围内的统计性质增强提供了类似的潜力。