【摘 要】
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近年来,量子热力学受到了广泛的关注,它是经典热力学和量子力学相结合的一门学科,为理解热、功、熵和温度等热力学量在量子尺度下的热力学行为提供了重要的理论。量子热力学的一个重要目标是利用量子系统作为工作物质来实现一些有用的热力学任务,量子热机就是其中一个重要成果。到目前为止,类比经典热机人们提出了很多类似的量子热机,它们在运行上是基于冲程模式或基于连续时间,而连续时间热机是我们重点研究的对象。在各种类
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近年来,量子热力学受到了广泛的关注,它是经典热力学和量子力学相结合的一门学科,为理解热、功、熵和温度等热力学量在量子尺度下的热力学行为提供了重要的理论。量子热力学的一个重要目标是利用量子系统作为工作物质来实现一些有用的热力学任务,量子热机就是其中一个重要成果。到目前为止,类比经典热机人们提出了很多类似的量子热机,它们在运行上是基于冲程模式或基于连续时间,而连续时间热机是我们重点研究的对象。在各种类型的热机中,自主量子制冷机,也称为量子吸收制冷机得到广泛关注,这种制冷机仅依赖于热环境之间的温度梯度而不需要借助外部的功来实现制冷。如何利用各种调控手段或量子特性提升量子制冷机的性能是该领域的重要研究内容。在本工作中,我们研究利用共同环境中的噪声诱导干涉效应,实现对自主三能级制冷机和四量子比特制冷机性能的提升。主要内容包括以下两个方面:(1)共同环境对自主三能级量子制冷机的影响。该模型由两个库驱动,功库看作是热引擎,可以为机器提供自由能,热库看作是散热器。所有的库共同作用于机器的整个系统。根据不同的冷却目标,分为两种情况,第一种情况冷却目标仅仅只有冷库,第二种情况除了冷却冷库以外,还需对与三能级制冷机耦合的量子比特制冷。研究发现,在第一个模型中,共同环境大大提高制冷机的冷却能力Qc,并且跃迁引起的干涉效应也有助于提升三能级制冷机的冷却能力。在第二个模型中,虽然共同环境可以提高冷却能力,但它反而抑制了量子比特的制冷。此时跃迁引起的干涉效应,一方面会抑制冷却能力Qc,另一方面降低了量子比特的有效温度Tqeff。由于共同环境的干涉取决于机器的能级结构,因此不同的机器模型会出现不同类型的干涉,相应地对性能起不同的作用。(2)共同环境对四量子比特制冷机的影响。首先研究了部分量子比特共同耦合模型,该模型的量子比特S1和S2是被制冷物体且二者共同耦合于冷库,另外量子比特S4和功库耦合,量子比特S3和热库耦合。研究发现该模型和独立环境模型相比各部分的热流都是相等的,即该模型并没有实现制冷机性能的提升。继而讨论了四量子比特共同耦合模型,不同之处在于四个库共同作用于整个系统,研究发现共同环境可以极大地提高该模型的冷却能力,同时还会降低它的“冷却窗口”。综上所述,以上述两种模型为研究对象,我们的研究证实共同热环境可以提升制冷机的性能,这为以后的实际应用提供了理论基础。
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