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以一维谐振子势阱中的单粒子为工质的量子热机性能分析

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物理学报 2012年第8期61卷 111-116页

作者：王建辉熊双泉何济洲刘江涛南昌大学物理系南昌330031

建立了以一维谐振子势阱中的单粒子为工质的量子热机模型.当势阱壁宽度和粒子的量子态缓慢改变时,该热机类似于经典卡诺热机对外做功.假设势阱壁移动速度非常缓慢并且考虑热漏,推导出量子热机循环的输出功率和效率等重要性能参数的一般... 详细信息

建立了以一维谐振子势阱中的单粒子为工质的量子热机模型.当势阱壁宽度和粒子的量子态缓慢改变时,该热机类似于经典卡诺热机对外做功.假设势阱壁移动速度非常缓慢并且考虑热漏,推导出量子热机循环的输出功率和效率等重要性能参数的一般表达式.通过优化分析,获得了热机循环中各主要性能参数的最佳优化值和优化区间.

关键词：量子热机一维谐振子势阱最大输出功率性能参数

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基于电磁诱导透明的量子热机研究

基于电磁诱导透明的量子热机研究

作者：时子豪东北师范大学

学位级别：硕士

电磁诱导透明(Electromagnetically induced transparency)是量子光学领域中一种非常有趣的现象,它是由多能级原子和相干光场相互作用过程中产生的原子相干和量子干涉效应导致的。它的发现带来了许多有价值的应用,例如,光群速度减慢、... 详细信息

电磁诱导透明(Electromagnetically induced transparency)是量子光学领域中一种非常有趣的现象,它是由多能级原子和相干光场相互作用过程中产生的原子相干和量子干涉效应导致的。它的发现带来了许多有价值的应用,例如,光群速度减慢、可逆光存储和非线性增强等。从发现至今,人们一直在研究它的潜在价值。近几年,量子热机在许多应用方面也有了发展和进步,甚至在一些特殊的条件下其可以克服卡诺热机的极限值,量子热机可以通过量子相干性来大幅度调节。所以有人把量子热机与电磁诱导透明相结合,利用EIT构建一种非传统的近似理想的量子热机。我们对此进行了深入地研究和学习。在前人的研究工作基础之上,我们进行了改进,我们在本文中提出了两种方案:第一个方案是在原有Harris的工作基础上,通过在两个低能级之间增加一个微波场,来达到增强输出亮度的效果;第二个方案是考虑在非均匀加宽固态介质中如何实现量子热机,研究发现并不是所有的材料都适合用来实现量子热机。第一个方案中,我们通过在三能级A-型的原子系统中外加一个微波场来调节吸收截面和发射截面。我们发现这种微波辅助的原子系统,只有当(i)所有的激光或者微波场和他们各自相关的跃迁共振时;(ⅱ)这些场之间的相对相位是nπ(n=0,±1,±2,……)时,它才表现出类似于热机的行为。尤其是在无反转激光的阈值之下,热机输出场的亮度随着微波场强度的增大而增强,并且在一个弱的微波场下,它的亮度是没有加入微波场的十倍(甚至更多)。同时我们也注意到,微波场可以等效地增强(减弱)热(冷)库的温度。第二个方案中,我们在理论上给出了如何用非均匀加宽固态介质来实现量子热机。固态介质的主要特性是其会产生光学跃迁和自旋跃迁的非均匀展宽。我们从数学上验证了一种替换方法,即从均匀加宽气态介质的极化率通过积分后得到非均匀加宽固态介质的极化率,这其中存在一种较为简单的替换方法,并且关于选择的材料是否能实现量子热机,我们给出了一个条件表达式,并且选取了两种不同的材料进行讨论。我们发现符合条件的材料能在线中心处产生即窄又亮的亮度。

关键词： EIT 量子热机量子相干

以带有能级简并的全同粒子为工作物质的量子热机的理论研究

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以带有能级简并的全同粒子为工作物质的量子热机的理论研究

作者：张瀚文辽宁师范大学

学位级别：硕士

在本文中,我们考虑了工作物质同时存在能级简并和全同性这两种不同的量子力学性质时对量子Otto热机和量子Stirling热机性能的影响。在第一章中,我们简述了热力学和量子力学在各自领域的辉煌成就,以及二者的交叉领域量子热机的研究历程... 详细信息

在本文中,我们考虑了工作物质同时存在能级简并和全同性这两种不同的量子力学性质时对量子Otto热机和量子Stirling热机性能的影响。在第一章中,我们简述了热力学和量子力学在各自领域的辉煌成就,以及二者的交叉领域量子热机的研究历程并对目前量子热机的主要研究方向及成果做了简单的介绍。在第二章中,我们对量子力学及量子热力学的相关概念进行了说明,介绍了经典热力学的四个基本过程向量子热机的推广过程,简单阐述了量子Otto热机与量子Stirling热机与其经典对应之间的关系,并对如何处理全同粒子问题进行了简单的说明。在第三章中,我们分别计算了带有能级简并的单粒子和全同粒子的配分函数,这时我们分别考虑了基态二重简并和三重简并以及激发态二重简并和三重简并等四种情况。对于全同粒子,我们以激发态二重简并为例,采用占据数表示的方法分别推导出了两个玻色子,两个费米子和三个玻色子的配分函数。其他情况的结果在附录中给出。在第四章中,我们建立的完整的量子Otto循环模型,对全同性与简并度对热机输出功的影响进行了探究。给出了不同情况下量子Otto热机的输出功随参数(?)为系统在低温热源处达到热平衡时的能级差与温度的比值的函数关系图像。得到的结论是单粒子情况激发态简并能够提升输出功,而基态简并降低输出功;带有能级简并的全同粒子为热机时玻色子对输出功的作用明显依赖于温度,而费米子在多数情况下是不利于功输出的,唯一的例外是低温极限下的基态简并情况。这时费米子能明显提升功输出。在第五章中,我们建立了量子Stirlig循环模型,与经典情况一样为了提高效率,在基本循环的基础上加入回热装置。讨论了能级简并和全同性对量子Stirling热机的效率和输出功的影响。我们发现,能级简并与全同性对量子Stirling热机的输出功的影响与Otto热机的结果趋势相同,但效率则与Otto热机很不相同。在量子Stirling热机中,在满足完美回热条件时,所有情况下玻色系统都降低最大效率,而费米子时激发态简并降低最大效率,而基态简并提升最大效率。在文章最后,我们对本文的研究结论做出了回顾和总结。

关键词：全同粒子能级简并量子热机

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一种新的量子热机

一种新的量子热机

作者：李帅大连理工大学

学位级别：硕士

我们用量子力学的语言重新解读了热力学第一定律。二能级的量子系统是量子力学里最简单的系统，我们介绍了工作物质为二能级量子系统的量子热机，它经过量子绝热过程和与热源进行热量传输的过程完成一个工作循环。通过对二能级量子热... 详细信息

我们用量子力学的语言重新解读了热力学第一定律。二能级的量子系统是量子力学里最简单的系统，我们介绍了工作物质为二能级量子系统的量子热机，它经过量子绝热过程和与热源进行热量传输的过程完成一个工作循环。通过对二能级量子热机的认识，以及对做功和热量传输的量子解释，我们对热力学第二定律的本质内涵进行了更清晰的阐述。特别的，在量子领域里，如果要求一个量子热机对外做功的话，仅仅要求两个热源有不同的温度是不够的，而是应该要求高温热源和低温热源之间有一个最小温差，这个最小温差的大小，取决于量子工作物质的能级宽度。上面的结论，也适用于多能级的量子热机，我们还介绍了工作物质为一维谐振子的量子热机，和工作在一维无限深方势阱中的量子热机，如果要求它们对外做正功，高温热源和低温热源之间同样有一个最小温差，大小同样取决于工作物质本身。我们的量子热机也是对Szilard热机的改进，是在物理上对Maxwell妖的一种实现，最后，我们介绍了这样一种量子热机，它的工作物质具有一个分立的能级和一个连续的能级，我们计算和讨论了它对外所做的功。计算结果表明在高温和低温极限下，这种量子热机的行为与二能级的量子热机相似，在这高温和低温之间时它有自己独特的性质，我们也计算和讨论了这种量子热机的机械效率。

关键词：量子热机最小温差连续能级

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四能级量子热机循环与量子制冷循环

四能级量子热机循环与量子制冷循环

作者：王涛辽宁师范大学

学位级别：硕士

随着量子信息和纳米技术的不断发展，量子热力学这个领域，也逐渐引起了越来越多的物理学家关注。我们对纠缠量子热机的研究主要目的是提高量子热机的效率，使其超越经典热机效率的极限，在满足正功条件下，热机能最大程度的输出功， ... 详细信息

随着量子信息和纳米技术的不断发展，量子热力学这个领域，也逐渐引起了越来越多的物理学家关注。我们对纠缠量子热机的研究主要目的是提高量子热机的效率，使其超越经典热机效率的极限，在满足正功条件下，热机能最大程度的输出功，本文我们的研究工作围绕量子热力学这一学科展开，讨论了在不同工作物质下纠缠对量子热循环和冷循环的影响。 1.我们以含有DM相互作用的两比特XXZ模型为工作物质构建四能级纠缠量子热机,对于不同的各向异性参数,分析了热机循环中量子纠缠与热传递、做功以及机械效率等热力学量之间的关系,结果表明:在这个纠缠体系中,热力学第二定律依然成立;机械效率的等值线图是环状曲线;当各向异性参数Δ较小时,热机在C> C和C热机只在C> C区域运行． 2．以含有DM相互作用各向异性的两比特海森堡模型为工作物质构建四能级纠缠量子制冷循环，从实现量子纠缠的角度阐述了这个制冷循环中系统与外界交换的热量、输入功、制冷系数等热力学量的特性。 3.构建了一个含有压缩库的量子奥托热机，研究了系统处于两稳态时压缩库的作用。由于压缩库的作用，工作物质的有效温度高于热源温度。基于这一点，量子奥托热机表现出了一些新的特点：(1)以1比特系为工作物质时，如果选择适当的压缩参数，甚至在T 热机效率大于卡诺热机的效率，但这并没有违背热力学第二定律。

关键词：量子热机并发度压缩库机械效率

带有Dzyaloshinski-Mariya相互作用的两比特纠缠量子Otto热机和量子Stirling热机

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物理学报 2017年第24期66卷 20-28页

作者：赵丽梅张国锋北京航空航天大学物理科学与核能工程学院北京100191

研究了以带有Dzyaloshinski-Mariya(DM)相互作用的两比特自旋体系为工质的量子纠缠Otto热机和量子Stirling热机.两种不同热机在各自的循环过程中,通过保持其他参量不变,只有DM相互作用发生改变,从而分析热机循环中DM相互作用与热传递、... 详细信息

研究了以带有Dzyaloshinski-Mariya(DM)相互作用的两比特自旋体系为工质的量子纠缠Otto热机和量子Stirling热机.两种不同热机在各自的循环过程中,通过保持其他参量不变,只有DM相互作用发生改变,从而分析热机循环中DM相互作用与热传递、做功以及效率等热力学量之间的关系.研究结果表明:DM相互作用对两种热机的基本量子热力学量都具有重要的影响,但量子Stirling热机由于回热器的使用,其循环效率会大于量子Otto纠缠热机的效率,甚至会超过Carnot效率;得到了量子Otto纠缠热机和量子Stirling热机做正功的条件.因此,在这两个纠缠体系中,热力学第二定律都依然成立.

关键词：量子热机 Dzyaloshinski-Mariya相互作用效率

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基于二维耦合谐振子的量子热机效率研究

物理与工程 2024年第3期34卷 109-116页

作者：武建安方爱平赵宇亮高畅蒋臣威冯俊张修兴王小力西安交通大学物理学院陕西西安710049 渭南师范学院物理与电气工程学院陕西渭南714099

本文介绍了量子热机与量子热力学中的基本概念,研究了二维耦合谐振子这一具体的量子系统作为工质时的量子热机的相关性质。笔者以经典热力学中的有关概念进行类比,运用量子热力学相关研究,引入波戈留波夫(Bogoliubov)变换这一方法解决... 详细信息

本文介绍了量子热机与量子热力学中的基本概念,研究了二维耦合谐振子这一具体的量子系统作为工质时的量子热机的相关性质。笔者以经典热力学中的有关概念进行类比,运用量子热力学相关研究,引入波戈留波夫(Bogoliubov)变换这一方法解决了二维耦合谐振子的势能项难以对角化的问题。此外,笔者以二维耦合谐振子为工质设计奥托循环热机,通过理论推导和数值计算获得了奥托热机的效率,并得出量子热机中各物理量与经典热机中对应量之间存在着统一的联系的结论。

关键词：量子热机谐振子奥托热机波戈留波夫变换量子热力学

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我国实现国际首个开放量子热机实验 001

我国实现国际首个开放量子热机实验

研究实现首个基于刘维尔奇异点的拓扑量子热机 001

中国科学报

作者：李思辉

本报讯（见习记者李思辉通讯员杨婷婷）近日，中科院精密测量科学与技术创新研究院（以下简称精密测量院）利用超冷离子实验平台，设计并实现了国际上第一个非厄米量子热机实验。实验结果颠覆了“增加量子相干性便可提升量子热机效率... 详细信息

本报讯（见习记者李思辉通讯员杨婷婷）近日，中科院精密测量科学与技术创新研究院（以下简称精密测量院）利用超冷离子实验平台，设计并实现了国际上第一个非厄米量子热机实验。实验结果颠覆了“增加量子相干性便可提升量子热机效率”的主流观念。研究成果在线发表于《自然-?

关键词：量子热机精密测量

来源： cnki报纸评论

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研究实现首个基于刘维尔奇异点的拓扑量子热机