本報訊（見習(xí)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（以下簡稱精密測量院）利用超冷離子實驗平臺，設(shè)計并實現(xiàn)了國際上第一個非厄米量子熱機實驗。實驗結(jié)果顛覆了“增加量子相干性便可提升量子熱機效率”的主流觀念。研究成果在線發(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機械。近年來，隨著人類對微觀世界認(rèn)識的逐步深入以及量子信息科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家開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(tǒng)熱機，還是探索量子體系演化過程中能量-信息轉(zhuǎn)換和功-熱轉(zhuǎn)換的理想實驗平臺。不過，量子熱機作為一個開放體系，熱機的吸熱和做功都是在工作物質(zhì)與外部環(huán)境的相互作用過程中完成，因此需要考慮針對非厄米量子系統(tǒng)的調(diào)控。

　　精密測量院研究員馮芒團(tuán)隊的實驗結(jié)果顯示，由于量子相干性的存在，熱機處于嚴(yán)格相時激發(fā)態(tài)布居的上下振蕩會導(dǎo)致吸熱和放熱過程中存在額外的吸放熱；而耗散會抑制激發(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(yīng)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(yán)格相，后者處于破缺相。

　　該熱機的工作物質(zhì)是一個開放的量子體系，實驗觀察得出“等容加熱沖程和等容冷卻沖程分別處于嚴(yán)格相和破缺相的量子奧拓?zé)釞C具有最高的熱機效率”的新結(jié)論。此外，由于上述研究中的工作物質(zhì)是單個原子，而原子是化學(xué)變化中的最小粒子，因此該研究的結(jié)論和所展現(xiàn)的技術(shù)具有一定的普適性，有望應(yīng)用于能源、生物、醫(yī)藥和工程等領(lǐng)域，并用于開發(fā)分子馬達(dá)、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