Exploiting quantum phase transitions to improve the efficiency of quantum thermodynamic processes

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K13507
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 研究機関: 沖縄科学技術大学院大学
• 研究代表者: FOGARTY Thomas 沖縄科学技術大学院大学, 量子システム研究ユニット, 研究員 (60786987)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: heat engines / quantum control / correlations / speed limits

研究成果の概要

この研究で、多体系の集団効果は量子熱エンジンの動作を向上させることを示した。1次元の強く相互作用した冷却原子の超流動相や絶縁相を駆動させ、エンジンサイクルを回す。これらの相は、調節可能なエネルギーギャップに特徴付けられる、別個のエネルギースペクトラムをもつ。このエネルギーギャップ近くで、エンジンを作動させることで、相互作用しない系に比べ、動力の出力や効率が向上する。
このサイクルを短い時間で回そうとすると、臨界点で、不必要な不可逆的励起が生成してしまう。しかし、この研究で、近似的shortcut to adiabaticityにより、素早くかつ摩擦のないサイクルの構成が可能であることを示した。

自由記述の分野

Quantum thermodynamics

研究成果の学術的意義や社会的意義

While quantum thermal machines are well described for single particle and discrete systems, there is a lack of works addressing continuous many-body states. This work addressed this issue in a complex yet experimentally realizable setup, paving the way for experiments on many-body cold atom engines.