四能级量子热机循环与量子制冷循环

摘要

随着量子信息和纳米技术的不断发展，量子热力学这个领域，也逐渐引起了越来越多的物理学家关注。我们对纠缠量子热机的研究主要目的是提高量子热机的效率，使其超越经典热机效率的极限，在满足正功条件下，热机能最大程度的输出功，
　　本文我们的研究工作围绕量子热力学这一学科展开，讨论了在不同工作物质下纠缠对量子热循环和冷循环的影响。
　　1.我们以含有DM相互作用的两比特XXZ模型为工作物质构建四能级纠缠量子热机，对于不同的各向异性参数，分析了热机循环中量子纠缠与热传递、做功以及机械效率等热力学量之间的关系，结果表明:在这个纠缠体系中，热力学第二定律依然成立;机械效率的等值线图是环状曲线;当各向异性参数△较小时，热机在C1＞ C2和C1＜C2两区域运行，当增大△值时，热机只在C1＞C2区域运行.
　　2.以含有DM相互作用各向异性的两比特海森堡模型为工作物质构建四能级纠缠量子制冷循环，从实现量子纠缠的角度阐述了这个制冷循环中系统与外界交换的热量、输入功、制冷系数等热力学量的特性。
　　3.构建了一个含有压缩库的量子奥托热机，研究了系统处于两稳态时压缩库的作用。由于压缩库的作用，工作物质的有效温度高于热源温度。基于这一点，量子奥托热机表现出了一些新的特点:(1)以1比特系为工作物质时，如果选择适当的压缩参数，甚至在TH＜TL时，也能输出正功;(2)在某些适当条件下热机效率大于卡诺热机的效率，但这并没有违背热力学第二定律。

目录

声明

摘要

1．引言

2．量子热力学的基本概念与物理基础

2．1 热力学第一定律由经典向量子的拓展

2．2 基本量子热力学过程介绍

2．2．1 量子等温过程

2．2．2 量子绝热过程

2．2．3 量子等容过程

2．2．4 量子等压过程

2．3 量子热机的微观模型

2．3．1 量子卡诺热机循环——平衡态下的情形

2．3．2 量子奥托热机循环——平衡态下的情形

2．3．3 光子热机简介——非平衡态下

3．量子力学的基本概念

3．1 量子密度矩阵

3．2 量子纠缠

3．2．1 量子纠缠态的定义

3．2．2 纠缠度

3．3 量子绝热近似和量子绝热条件

4 四能级纠缠量子热机和量子纠缠制冷机

4．1 平衡态下纠缠量子奥托热机的讨论

4．2 小结

4．3 四能级量子制冷循环

4．3．1 背景介绍

4．3．2 纠缠量子制冷循环实例

4．3．3 小结与展望

5．压缩库对量子系统和做功的影响

5．1 量子奥托热机循环过程的描述

5．2 二能级量子奥托循环(qubit system)

5．3 两量子比特系统偶极相互作用

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢