实验证明光控离子可以实现手性量子加热和冷却

热机将热量转化为有用功，在现代社会中至关重要。随着纳米技术的进步，探索量子热机 (QHE) 对于设计高效系统和理解量子热力学至关重要。

作为开放量子系统的 QHE 会与外部热源交换能量，从而导致量子跃迁。因此，只有使用刘维尔异常点 (LEP) 而非传统的哈密顿异常点，才能充分描述和理解 QHE 的动力学，尤其是对于基于量子比特的 QHE。

然而，与对汉密尔顿极点的广泛研究不同，LEP 及其相关效应在量子系统中，特别是在量子热力学中仍未得到充分探索。LEP 通过描述量子跃迁引起的物理特性提供了一种新方法。

在《光：科学与应用》杂志发表的一篇论文中，中国科学院精密测试科学与技术创新研究院芒锋教授团队与湖南师范大学的慧静教授、宾夕法尼亚州立大学的Şahin K. Özdemir教授合作，展示了利用光控离子实现手性量子加热、冷却和量子态转移。

该研究通过动态环绕不涉及 LEP 的闭环，揭示了具有非厄米动力学的量子系统的手性热力学性质。环绕闭环的方向会影响系统是充当热机还是制冷机。

他们的研究突出了非绝热跃迁和 Landau-Zener-Stückelberg 过程在实现手性操作中的作用。该实验首次将 LZS 手性过程与 LEP 相关的热力学效应联系起来。

该实验结果源自黎曼曲面的拓扑景观，可能为理解非厄米系统中的手性和拓扑行为以及连接手性和量子热力学开辟新的途径。

“我们的研究结果表明，我们量子系统中的手性和热交换与没有 LEP 的闭环的环绕方向有关。我们清楚地表明，非对称模式转换与黎曼曲面的拓扑景观直接相关，而不一定与环绕该量子系统的 LEP 有关，这支持了以前对经典系统的报道，”冯教授说。

“这项实验为量子热力学的新探索和更高效的量子手性装置的开发铺平了道路。”

该团队的实验还强调了 LEP 在优化 QHE 动力学和提高其效率方面的重要性。这些见解可能会促进各种量子技术的进步，包括能量转换系统和量子计算。

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