熱機(jī)是利用廢熱進(jìn)行機(jī)械功和發(fā)電的裝置。250 年前，熱機(jī)的發(fā)明開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)革命的時(shí)代。其中，奧托發(fā)動(dòng)機(jī)利用不同的熱沖程和工作沖程，幾乎用于所有汽車(chē)，并因其相對(duì)較高的功率和效率而成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在奧托發(fā)動(dòng)機(jī)中，工作物質(zhì)通常是限制在活塞中的氣體，活塞經(jīng)歷四個(gè)后續(xù)沖程：首先被壓縮，然后被加熱、膨脹，最后冷卻到其初始溫度。
今天，隨著納米制造的重大進(jìn)步，量子革命即將來(lái)臨，量子熱機(jī)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。與其經(jīng)典對(duì)應(yīng)物一樣，量子熱機(jī)可以在各種協(xié)議中運(yùn)行，這些協(xié)議可能是連續(xù)的或循環(huán)的。與使用宏觀(guān)量工作物質(zhì)的經(jīng)典引擎不同，量子引擎的工作物質(zhì)具有明顯的量子特征。其中最突出的是它可以采用的可能能量的離散性。從經(jīng)典的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，更奇怪的是，一個(gè)量子系統(tǒng)可能同時(shí)停留在其允許的兩個(gè)或多個(gè)能量中。這種沒(méi)有經(jīng)典模擬的特性被稱(chēng)為“相干性”。否則，量子奧托引擎也像經(jīng)典引擎一樣具有四沖程的特點(diǎn)。
確定量子奧托引擎的性能指標(biāo)，例如功率輸出或效率，是改進(jìn)設(shè)計(jì)和定制更好的工作物質(zhì)的關(guān)鍵。此類(lèi)指標(biāo)的直接診斷需要在每個(gè)沖程開(kāi)始和結(jié)束時(shí)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的能量。雖然經(jīng)典引擎受測(cè)量的影響微乎其微，但在量子引擎中，測(cè)量行為本身會(huì)導(dǎo)致一種奇怪的測(cè)量效應(yīng)，其中引擎的量子態(tài)受到量子力學(xué)的嚴(yán)重影響。最重要的是，循環(huán)結(jié)束時(shí)系統(tǒng)中的任何一致性都將被測(cè)量效應(yīng)完全消除。
長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為這些奇怪的測(cè)量誘導(dǎo)效應(yīng)與理解量子引擎無(wú)關(guān)，因此在傳統(tǒng)的量子熱力學(xué)中被忽略了。此外，在監(jiān)控協(xié)議的設(shè)計(jì)中并沒(méi)有考慮太多，這些協(xié)議可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行可靠的診斷，同時(shí)對(duì)它的改動(dòng)最小。
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