借助催化剂解锁量子制冷机的不可及性能

量子热力学机器提供了探索微观尺度热力学极限的有前景平台。先前的研究表明，引入催化剂可显著提升热力学引擎的性能，通过扩宽其运营范围并实现更有利的功输出与效率之间的权衡。基于这一强大框架和创新思想，本文进一步将其概念扩展至双程量子制冷机，该制冷机通过外部功输入的离散步骤从冷储罐中提取热量。工作介质由两个两能级系统(TLS)和两个不同温度的热储罐组成，并由充当催化剂的辅助系统协助。令人惊讶的是，催化剂在每个循环结束后保持不变，从而确保热量提取完全由功输入驱动。我们表明，催化剂的存在导致两个显著提升：它使制冷系数(COP)和制冷能力可超过Otto限度，并允许制冷机在频率和温度范畴内运作，这些在没有催化剂时是不可及的。此外，通过与制热机进行比较，我们的分析表明，两种不同的置换类型是同时提升制冷机COP和运营范围所必需的，这与制热机仅需一种置换即可提升其性能不同。这一结果凸显了催化机制在拓宽量子热力学装置的运营能力方面的潜力，以及超越传统热力学性能限制的可能性。