中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜江峰院士、榮星教授等在量子熱力學(xué)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究組基于固態(tài)單自旋量子體系，對量子系統(tǒng)中的最大可提取功開展了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)表明通過提升量子系統(tǒng)的相干，可以有效提升量子態(tài)中的最大可提取功。該研究成果發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。
在熱力學(xué)研究中，理解一個系統(tǒng)能夠被提取出多少功，具有十分基礎(chǔ)且重要的意義。為針對量子系統(tǒng)中研究這個問題，理論研究者們提出了量子系統(tǒng)在循環(huán)幺正演化下的最大可提取功這一物理量，并于近期指出量子相干對于最大可提取功的重要作用。然而，實(shí)驗(yàn)上尚缺乏對這兩個重要物理量關(guān)系的檢驗(yàn)和展示，主要原因是如何有效測量最大可提取功非常具有挑戰(zhàn)性。
此次工作中，研究組為避免使用復(fù)雜的量子態(tài)層析技術(shù)，發(fā)展了利用輔助比特測量最大可提取功的方法，并基于金剛石氮-空位色心體系，展示了對最大可提取功的高效精確測量，成功分離出了相干和非相干的部分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過檢測一系列量子態(tài)的相干最大可提取功，表明相干最大可提取功隨著量子相干增加而增加。
研究人員介紹，這項(xiàng)工作不僅展示了量子相干在功提取過程中的作用，還揭示了量子信息理論與量子熱力學(xué)之間的深刻聯(lián)系，為未來進(jìn)一步研究量子系統(tǒng)的特性在熱力學(xué)模型中的作用打下基礎(chǔ)。該研究為未來量子器件的優(yōu)化與發(fā)展提供了理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，尤其是在提升量子設(shè)備的功容量方面有著重要意義。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.180401
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