本報(bào)訊（見(jiàn)習(xí)記者李思輝）近日，中科院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院（以下簡(jiǎn)稱精密測(cè)量院）利用超冷離子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上第一個(gè)非厄米量子熱機(jī)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顛覆了“增加量子相干性便可提升量子熱機(jī)效率”的主流觀念。研究成果在線發(fā)表于《自然-通訊》。

　　熱機(jī)是利用工作物質(zhì)從熱庫(kù)吸熱并對(duì)外輸出可用功的一類機(jī)械。近年來(lái)，隨著人類對(duì)微觀世界認(rèn)識(shí)的逐步深入以及量子信息科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家開(kāi)始探索基于量子工作物質(zhì)的熱機(jī)。這種只有微納尺度的量子熱機(jī)，不僅有望在效率上超越傳統(tǒng)熱機(jī)，還是探索量子體系演化過(guò)程中能量-信息轉(zhuǎn)換和功-熱轉(zhuǎn)換的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。不過(guò)，量子熱機(jī)作為一個(gè)開(kāi)放體系，熱機(jī)的吸熱和做功都是在工作物質(zhì)與外部環(huán)境的相互作用過(guò)程中完成，因此需要考慮針對(duì)非厄米量子系統(tǒng)的調(diào)控。

　　精密測(cè)量院研究員馮芒團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，由于量子相干性的存在，熱機(jī)處于嚴(yán)格相時(shí)激發(fā)態(tài)布居的上下振蕩會(huì)導(dǎo)致吸熱和放熱過(guò)程中存在額外的吸放熱；而耗散會(huì)抑制激發(fā)態(tài)布居的振蕩。研究人員由此推測(cè)：如果想提高量子熱機(jī)效率，應(yīng)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(yán)格相，后者處于破缺相。

　　該熱機(jī)的工作物質(zhì)是一個(gè)開(kāi)放的量子體系，實(shí)驗(yàn)觀察得出“等容加熱沖程和等容冷卻沖程分別處于嚴(yán)格相和破缺相的量子奧拓?zé)釞C(jī)具有最高的熱機(jī)效率”的新結(jié)論。此外，由于上述研究中的工作物質(zhì)是單個(gè)原子，而原子是化學(xué)變化中的最小粒子，因此該研究的結(jié)論和所展現(xiàn)的技術(shù)具有一定的普適性，有望應(yīng)用于能源、生物、醫(yī)藥和工程等領(lǐng)域，并用于開(kāi)發(fā)分子馬達(dá)、納米機(jī)器人和微型智能裝置等。

　　相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1038/s41467-022-33667-1