《量子熱機及制冷機的理論設計和套用》是依託清華大學，由張靜寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：量子熱機及制冷機的理論設計和套用
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張靜寧
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子熱機與制冷機是信息科學與量子熱力學的交叉科學，在國內外均受到理論和實驗科研工作者的極大重視，同時具有理論和實踐上的重要意義。將量子熱機與制冷機的理論研究與實際的物理實驗相聯繫是該領域的重要問題之一。本課題立足於流行的量子模擬平台，以在目前實驗技術水平下可實現的量子熱機和制冷機的模型為主要工作目標。具體的研究內容包括在束縛離子系統及光晶格中的冷原子系統中的量子熱機和制冷機模型，麥克斯韋妖在上述模型中的套用和相應的量子信息處理過程，以及自動化的量子熱機和制冷機模型。本課題旨在推動量子熱力學理論與實驗的結合，探求量子熱機與制冷機理論的實現及其潛在套用價值。
結題摘要
近年來，量子熱力學是一項快速發展的交叉學科，與量子信息學的交叉研究產生了豐富的成果。本項目的擬解決的主要科學問題是對小量子系統的量子熱力學量給出令人滿意的理解，並研究量子熱力學在量子模擬和量子信息領域的潛在套用。 本課題所關注的研究重心著眼於機械功，這一概念不僅在經典熱力學中具有核心地位，而且在量子熱力學領域具有了新的內涵。在量子領域，經典的功的概念只在系綜平均的意義上成立，更重要的是，固有的量子漲落只能最近發明的新概念——量子軌道功——來描述。在本項目實施的過程中，我們研究了退相干環境下驅動量子開系統的功分布，驅動量子氣體的功分布的量子——經典對應，以及絕熱捷徑的熱力學代價。除此之外，我們還研究了量子計算和量子模擬的實驗實現的某些方面。具體來說，通過與離子阱量子計算實驗組的合作，我們實現了相干時間超過10分鐘的單量子比特，以及包括量子JC模型、量子拉比模型和量子場論中的粒子產生湮滅過程等在內的重要量子模型和量子過程的實驗模擬。上述研究的論文已發表於SCI收錄的高水平國際學術期刊，可以通過聯繫文章的通訊作者得到全部科學數據。 這些成果加深了我們對於關鍵量子熱力學概念及基本量子熱力學過程的理解，為量子熱機的設計和潛在套用鋪平了道路。在將來，從量子熱力學的角度對量子模擬中的動力學過程進行的理論分析將會是富有洞見的，有可能指導更高效的量子設備的設計和製造。
