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本報訊（見習記者李思輝）近日，中科院精密測量科學與技術創新研究院（以下簡稱精密測量院）利用超冷離子實驗平臺，設計并實現了國際上第一個非厄米量子熱機實驗。實驗結果顛覆了“增加量子相干性便可提升量子熱機效率”的主流觀念。研究成果在線發表于《自然-通訊》。
熱機是利用工作物質從熱庫吸熱并對外輸出可用功的一類機械。近年來，隨著人類對微觀世界認識的逐步深入以及量子信息科學的發展，科學家開始探索基于量子工作物質的熱機。這種只有微納尺度的量子熱機，不僅有望在效率上超越傳統熱機，還是探索量子體系演化過程中能量-信息轉換和功-熱轉換的理想實驗平臺。不過，量子熱機作為一個開放體系，熱機的吸熱和做功都是在工作物質與外部環境的相互作用過程中完成，因此需要考慮針對非厄米量子系統的調控。
精密測量院研究員馮芒團隊的實驗結果顯示，由于量子相干性的存在，熱機處于嚴格相時激發態布居的上下振蕩會導致吸熱和放熱過程中存在額外的吸放熱；而耗散會抑制激發態布居的振蕩。研究人員由此推測：如果想提高量子熱機效率，應該保持等容加熱沖程中的布居振蕩，抑制等容冷卻沖程中的布居振蕩，即前者處于嚴格相，后者處于破缺相。
該熱機的工作物質是一個開放的量子體系，實驗觀察得出“等容加熱沖程和等容冷卻沖程分別處于嚴格相和破缺相的量子奧拓熱機具有最高的熱機效率”的新結論。此外，由于上述研究中的工作物質是單個原子，而原子是化學變化中的最小粒子，因此該研究的結論和所展現的技術具有一定的普適性，有望應用于能源、生物、醫藥和工程等領域，并用于開發分子馬達、納米機器人和微型智能裝置等。
相關論文信息： https://doi.org/10.1038/s41467-022-33667-1
《中國科學報》 (2022-11-21 第1版 要聞)
