具有多能级原子相干性的量子燃料用于光子卡诺发动机的超高比功

我们研究了光子卡诺发动机中功和效率随量子相干资源数量的缩放行为。具体而言，我们考虑了"phaseonium 燃料"的光子卡诺发动机的一种推广，该燃料最初由 [M. O. Scully, M. Suhail Zubairy, G. S. Agarwal, and H. Walther, Science {\bf 299}, 862 (2003)] 作为具有两个低能级量子相干叠加的三能级原子引入，我们将其推广到具有 $N$ 个相干低能级的 $N+1$ 能级原子。我们考虑了原子弛豫和退相位以及腔损耗，并推导了一个粗粒化主方程以解析地评估功和效率。解析结果通过热化动力学的微观数值检验得到了验证。我们发现效率和功随量子相干能级的数量二次增长。量子相干性对比能（单位质量资源的功输出）的增强是量子燃料区别于经典资源的深刻本质差异。我们考虑了典型的现代谐振腔装置，得出多能级 phaseonium 燃料可用于克服现有系统中的退相干。我们分析了原子相干性的制备及其相关相干成本，并验证了发动机在热力学第二定律约束内的运行。我们的结果使光子卡诺发动机更接近当前谐振腔技术的能力。