首次验证：量子引擎比传统发动机更高效！

一个国际研究小组首次测量了量子助推引擎的量子功率增长，在发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)的论文中，该小组概述了他们在量子助推引擎上的实验，以及他们的研究成果。

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物理学家多年来一直在研究量子热机——它们的工作原理与经典热机相似，但“工作流体”(其行为方式令人想起蒸汽机中的蒸汽)可以是相干叠加的。这让该领域的许多人怀疑，量子引擎是否真的能比我们每天看到的经典引擎表现得更好。

博科园-科学科普：就在四年前，耶路撒冷希伯来大学的一个研究小组声称已经找到了答案，报告了一个理论，该理论认为量子引擎确实可能更有效。在这项新研究中，研究人员进行的实验表明，该理论是正确的。在实验中，研究人员从钻石中心的氮空位(NV)开始构建了一个量子热机——两个最低能级代表一个量子位元的两个能级，在这种情况下，作为工作流体。两种热液的作用是由较高能级所起的作用。研究人员将他们NV置于磁场中，这导致了能量水平的反转，代表了发动机的初始状态。

工作冲程是由向NV发射微波脉冲引起，这迫使量子位元以可调的角度旋转。量子比特旋转减少了团队所提取的NV中心能量。然后研究人员向NV发射了一束绿色激光，迫使量子位元水平与热浴耦合，使中心恢复到初始状态。研究人员重复实验10万次，改变周期。研究报告显示，对于小量子位旋转角度，功率输出比没有相干的同类型发动机要高得多，这表明他们的发动机比传统发动机效率更高。

• 示意图显示的周期量子引擎实现了一个氮空位(NV)中心。每个图像顶部球体(橙色)表示每个周期开始时NV中心的状态，根据初始状态是否是量子相干，它要么是经典的(左侧)，要么是量子的(右侧)。图片：APS/Alan Stonebraker

量子热机基本特性之一是工作流体内部状态具有相干叠加的能力，在小发动机作用的情况下，这种能力可以使量子热机产生比任何等效经典热机更多的功率。在相同状态下，这种内部一致性的存在会导致不同类型量子热机在热力学上等价。在这里，研究人员使用金刚石中的氮空位中心来实现两种类型的量子热机，并通过实验观察了这两种效果。

博科园-科学科普｜研究/来自: Copyright Science X Network/Bob Yirka/Phys

参考期刊文献:《物理评论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.110601

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文章来源: https://www.toutiao.com/group/6672329826528920071/