单个囚禁离子量子热机的参数空间中 LEP 附近的参数化环的物理原理。信用：光：科学与应用（2024）。DOI： 10.1038/s41377-024-01483-5

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

QHE 作为开放量子系统运行，与外部热浴交换能量，导致量子跳跃。因此，QHE 的动力学只能使用 Liouvillian 异常点 （LEP） 而不是传统的哈密顿 EP 来充分描述和充分理解，尤其是对于基于量子比特的 QHE。

然而，与对哈密顿 EP 的广泛研究不同，LEP 和相关效应在量子系统中仍未得到充分探索，尤其是在量子热力学中。LEP 通过描述量子跳跃诱导的物理特性提供了一种新方法。

在一篇发表在光：科学与应用的论文中，由中国科学院精密测量科学与技术创新学院的芒峰教授领导的团队，与湖南师范大学的慧静教授和宾夕法尼亚州立大学的沙欣K. Özdemir教授合作，展示了使用光控离子的手性量子加热和冷却以及量子状态转移。

这项工作通过动态环绕一个不涉及 LEP 的闭环，揭示了具有非埃尔米特动力学的量子系统的手性热力学特性。闭环周围的环绕方向会影响系统是充当热机还是制冷机。

他们的研究强调了非绝热跃迁和 Landau-Zener-Stückelberg 工艺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。

来自黎曼曲面拓扑景观的实验结果可能为理解非厄米系统中的手性和拓扑行为以及弥合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 的闭环的包围方向有关。我们清楚地表明，不对称模式转换与黎曼曲面的拓扑景观直接相关，而不一定与围绕该量子系统的 LEP 有关，这支持了以前关于经典系统的报告，“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器件的开发铺平了道路。”

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。这些见解可能会导致各种量子技术的进步，包括能量转换系统和量子计算。

更多信息：Jin-Tao Bu 等人，使用光学控制离子的手性量子加热和冷却，光：科学与应用（2024 年）。DOI： 10.1038/s41377-024-01483-5

期刊信息：光：科学与应用