監(jiān)控量子奧托引擎如何影響其性能

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)明開創(chuàng)了工業(yè)革命的時代。其中，奧托發(fā)動機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。在奧托發(fā)動機(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，量子革命即將來臨，量子熱機(jī)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。與其經(jīng)典對應(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)典的觀點(diǎn)來看，更奇怪的是，一個量子系統(tǒng)可能同時停留在其允許的兩個或多個能量中。這種沒有經(jīng)典模擬的特性被稱為“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)計和定制更好的工作物質(zhì)的關(guān)鍵。此類指標(biāo)的直接診斷需要在每個沖程開始和結(jié)束時測量發(fā)動機(jī)的能量。雖然經(jīng)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(dǎo)致一種奇怪的測量效應(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)束時系統(tǒng)中的任何一致性都將被測量效應(yīng)完全消除。

長期以來，人們一直認(rèn)為這些奇怪的測量誘導(dǎo)效應(yīng)與理解量子引擎無關(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)計中并沒有考慮太多，這些協(xié)議可以對發(fā)動機(jī)的性能進(jìn)行可靠的診斷，同時對它的改動最小。

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