以有限系統為工質的量子熱力學循環性能的理論研究

《以有限系統為工質的量子熱力學循環性能的理論研究》是依託南昌大學，由王建輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：以有限系統為工質的量子熱力學循環性能的理論研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王建輝
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

量子效應、熱漲落和耗散在有限（小）系統中具有重要意義，近來已引起人們的極大關注。 作為我們目前研究工作的自然延伸， 本項目將繼續研究以有限系統為工質的量子熱機或制冷機的性能特徵。結合有限時間熱力學和不可逆熱力學理論，我們將進行如下三方面的研究：（1）給出有限量子系統熵的含時一般解析式，得到到非絕熱耗散存在的“絕熱”過程熵產率的普適表示,分析具有非絕熱耗散的熱機性能；（2） 考慮有限量子系統存在相互作用（如量子相干、量子糾纏和退相干等）時，研究有限（小）開放系統為工質的量子熱機的性能特徵，並揭示最大輸出功率下效率的普適性；（3）將熱機拓展到（低溫）制冷機模型， 最佳化制冷機的製冷率和製冷係數等性能參數以分析其性能特徵。總之，我們將研究以有限系統為工質的量子熱力學循環的性能特徵，解釋有限量子系統的新奇量子效應和熱力學行為，並揭示有限時間熱力學和不可逆熱力學理論之間的聯繫。

結題摘要

有限尺寸效應、量子效應、漲落以及耗散等在有限（小）系統中具有重要意義。本項目我們研究以有限系統為工質的量子熱機或制冷機的性能特徵。結合有限時間熱力學和不可逆熱力學理論，我們將進行如下兩方面的研究：（1）以囚禁單粒子為工作物質，不引入溫度概念，構建量子力學機模型，通過分析效率和功率來研究該量子力學機的性能特徵。研究表明，此類量子力學機的最大輸出功率下效率的解析表示具有一定的普適性。（2）基於有限時間熱力學和不可逆熱力學理論框架，研究有限（小）開放系統為工質的量子熱機和制冷機（工作於線性和非線性回響區域）有限功率下的性能特徵，重點分析最大輸出功率下效率的普適性。本項目的研究結果揭示了有限尺寸、量子本質和量子相變等對量子熱機（制冷機）的性能特徵的影響。所得結果有助於理解有限量子系統的新奇熱力學和統計行為，並揭示了有限時間熱力學和不可逆熱力學理論之間的聯繫。