温度与相互作用调控下有限时间鲁棒量子奥托热机效率提升

我们证明，在特定条件下，以自旋-1/2粒子为工质的有限时间量子奥托热机，尽管经历不完整的奥托循环，也能达到比理想量子奥托热机更高的效率。有限时间量子奥托热机是指在分别与热浴和冷浴达到热平衡之前，两条等容冲程被提前终止的奥托热机。我们观察到，通过在热浴与冷浴温度范围内调节工质的初始温度，可实现有限时间量子奥托热机相对于理想热机的效率增强。我们还发现，引入辅助量子比特，并激活单量子比特工质与辅助比特之间的特定相互作用，可提升有限时间以及理想量子奥托热机的效率。此外，我们分析了两条等容冲程中系统-浴耦合内的玻璃态无序对有限时间量子奥托热机效率的影响。我们发现，随着无序强度增加，有限时间量子奥托热机的效率趋于下降，但即便在强无序下降幅也相对温和。然而，通过调节初态温度获得的有限时间量子奥托热机相对于理想热机的效率优势，以及通过引入辅助比特相对于无辅助情形获得的效率提升，即便在存在显著无序时依然保持。另外，我们表明，尽管该无序不影响理想效率，它确实影响了奥托热机达到理想效率所需的等容冲程时长。该冲程时长在特定无序强度之前几乎恒定，超过之后则迅速增加。