Quantum heat transformers

Arghya Maity

doi:10.1088/1367-2630/ae2e34

2025-12-30

DOI：10.1088/1367-2630/ae2e34

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摘要

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我们提出了一种量子热变换器（QHT），这是一种量子热力学装置，能够在量子系统中调节两个热结点之间的温度梯度。在功能上，QHT类似于经典吸收热变换器，具有无需外部功输入即可重新分配热能的能力。此外，我们证明其性能比与经典电压变换器相似，其中系统的固有参数发挥着类似于线圈匝数比的作用。我们最初将该装置设计为三量子比特系统，代表最小的自包含热变换器模型。随后扩展至四量子比特系统，特别着重于探索降压模式作为主要关注点。我们通过展示可以构建多种自包含设置，每种设置对应不同的相互作用哈密顿量配置及其相应的自包含条件，来体现模型的通用性和适应性。本研究中的一个重要效应是证明了必然瞬态降压量子热变换器的存在，该变换器具有双模特性，即在QHT最初设计的升压模式的瞬态区域内，可以实现所需的降压模式。我们还研究了如何通过调节四量子比特设置中量子比特的初始温度来控制该瞬态域，从而实现必然瞬态模式。因此，这种量子热变换器模型不仅作为经典变换器的模拟，还具有先进特性，使其能够在同一设置中实现升压和降压模式，而这是经典变换器无法实现的。