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我國科學(xué)家首次在費(fèi)米氣體中實(shí)現(xiàn)無摩擦的量子熱機(jī)做功
由于發(fā)動(dòng)機(jī)在對(duì)外做功時(shí)所產(chǎn)生的摩擦耗散等因素，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)很難在熱機(jī)效率和輸出功率兩者之間達(dá)到令人滿意的平衡，提高一個(gè)參數(shù)指標(biāo)的同時(shí)必然使得另一個(gè)參數(shù)值下降，導(dǎo)致經(jīng)典發(fā)動(dòng)機(jī)的熱機(jī)效率往往低于其理論極限。為此，量子熱機(jī)的研發(fā)成為解決該難題的新興方向。
與傳統(tǒng)的熱機(jī)不同，量子熱機(jī)使用量子系統(tǒng)作為工作物質(zhì)，其摩擦損耗可以通過量子絕熱操控來得到有效抑制，甚至在特定條件下通過操控相干特性，進(jìn)而制成兼具高效率和高輸出功率的量子熱機(jī)，突破經(jīng)典熱機(jī)的極限。
在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃量子調(diào)控與量子信息重點(diǎn)專項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：2017YFA0304201）等項(xiàng)目支持下，華東師范大學(xué)武海斌教授課題組利用強(qiáng)關(guān)聯(lián)費(fèi)米多體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了量子絕熱沖程的零摩擦做功，有效提高了輸出效率和輸出功率。該研究基于在強(qiáng)關(guān)聯(lián)量子多體系統(tǒng)中，每個(gè)原子被視為一個(gè)單獨(dú)的量子熱機(jī)，多體的強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)使這些量子熱機(jī)在工作時(shí)相互協(xié)作、共同對(duì)外做功。項(xiàng)目組采用透熱驅(qū)動(dòng)的量子絕熱捷徑方案，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了費(fèi)米氣體中的無摩擦量子熱機(jī)做功，有望在未來量子熱機(jī)研發(fā)時(shí)縮短整個(gè)量子絕熱沖程所花費(fèi)的時(shí)間，且不會(huì)產(chǎn)生量子摩擦，實(shí)現(xiàn)高功率輸出。同時(shí)，該研究結(jié)果也為實(shí)現(xiàn)非平衡過程的量子熱力學(xué)的表征開辟了新的道路。相關(guān)研究成果于2018年4月27日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Science Advances》上。
