本報訊（見(jiàn)習記者李思輝）近日，中科院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng )新研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)精密測量院）利用超冷離子實(shí)驗平臺，設計并實(shí)現了國際上第一個(gè)非厄米量子熱機實(shí)驗。實(shí)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(guān)念。研究成果在線(xiàn)發(fā)表于《自然-通訊》。

　　熱機是利用工作物質(zhì)從熱庫吸熱并對外輸出可用功的一類(lèi)機械。近年來(lái)，隨著(zhù)人類(lèi)對微觀(guān)世界認識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。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(guò)程中能量-信息轉換和功-熱轉換的理想實(shí)驗平臺。不過(guò)，量子熱機作為一個(gè)開(kāi)放體系，熱機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，因此需要考慮針對非厄米量子系統的調控。

　　精密測量院研究員馮芒團隊的實(shí)驗結果顯示，由于量子相干性的存在，熱機處于嚴格相時(shí)激發(fā)態(tài)布居的上下振蕩會(huì )導致吸熱和放熱過(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：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(zhì)是一個(gè)開(kāi)放的量子體系，實(shí)驗觀(guān)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(zhì)是單個(gè)原子，而原子是化學(xué)變化中的最小粒子，因此該研究的結論和所展現的技術(shù)具有一定的普適性，有望應用于能源、生物、醫藥和工程等領(lǐng)域，并用于開(kāi)發(fā)分子馬達、納米機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