監(jiān)控量子奧托引擎如何影響其性能

熱機是利用廢熱進行機械功和發(fā)電的裝置。250 年前，熱機的發(fā)明開創(chuàng)了工業(yè)革命的時代。其中，奧托發(fā)動機利用不同的熱沖程和工作沖程，幾乎用于所有汽車，并因其相對較高的功率和效率而成為行業(yè)標準。在奧托發(fā)動機中，工作物質通常是限制在活塞中的氣體，活塞經歷四個后續(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步，量子革命即將來臨，量子熱機成為人們關注的焦點。與其經典對應物一樣，量子熱機可以在各種協議中運行，這些協議可能是連續(xù)的或循環(huán)的。與使用宏觀量工作物質的經典引擎不同，量子引擎的工作物質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。從經典的觀點來看，更奇怪的是，一個量子系統可能同時停留在其允許的兩個或多個能量中。這種沒有經典模擬的特性被稱為“相干性”。否則，量子奧托引擎也像經典引擎一樣具有四沖程的特點。

確定量子奧托引擎的性能指標，例如功率輸出或效率，是改進設計和定制更好的工作物質的關鍵。此類指標的直接診斷需要在每個沖程開始和結束時測量發(fā)動機的能量。雖然經典引擎受測量的影響微乎其微，但在量子引擎中，測量行為本身會導致一種奇怪的測量效應，其中引擎的量子態(tài)受到量子力學的嚴重影響。最重要的是，循環(huán)結束時系統中的任何一致性都將被測量效應完全消除。

長期以來，人們一直認為這些奇怪的測量誘導效應與理解量子引擎無關，因此在傳統的量子熱力學中被忽略了。此外，在監(jiān)控協議的設計中并沒有考慮太多，這些協議可以對發(fā)動機的性能進行可靠的診斷，同時對它的改動最小。

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