Toplotni motori, koji pretvaraju toplotu u koristan rad, vitalni su u savremenom društvu. Sa napretkom u nanotehnologiji, istraživanje kvantnih toplotnih motora (KHE) je ključno za projektovanje efikasnih sistema i razumevanje kvantne termodinamike.
KHE, koji rade kao otvoreni kvantni sistemi, razmenjuju energiju sa spoljnim termalnim kupatilima, što dovodi do kvantnih skokova. Stoga se dinamika KHE može u potpunosti opisati i dobro razumeti korišćenjem Liouvillian izuzetnih tačaka (LEPs) umesto tradicionalnih Hamiltonovih EP, posebno za KHE zasnovane na kubitu.
Međutim, za razliku od opsežnih studija o Hamiltonovim EP, LEP i srodni efekti ostaju uglavnom neistraženi u kvantnim sistemima, posebno u kvantnoj termodinamici. LEP nude novi pristup opisivanjem fizičkih svojstava izazvanih kvantnim skokovima.
U radu objavljenom u Svetlo: nauka i aplikacije, tim predvođen profesorom Mang Fengom sa Inovacione akademije za nauku i tehnologiju preciznih merenja Kineske akademije nauka, u saradnji sa profesorom Hui Jingom sa Univerziteta Hunan Normal i prof. K. Ozdemir sa Pennsilvania State Universiti, demonstrira hiralno kvantno zagrevanje i hlađenje i prenos kvantnog stanja pomoću optički kontrolisanog jona.
Rad otkriva hiralne termodinamičke osobine kvantnih sistema sa nehermitovskom dinamikom dinamičkim zaokružujućim zatvorenom petljom bez uključivanja LEP-a. Smer zaokruživanja oko zatvorene petlje utiče na to da li sistem deluje kao toplotni motor ili kao frižider.
Njihova studija naglašava ulogu neadijabatskih prelaza i Landau-Zener-Stuckelberg procesa u postizanju hiralne operacije. Ovaj eksperiment po prvi put povezuje LZS proces za hiralnost sa termodinamičkim efektima vezanim za LEP.
Eksperimentalni rezultati, koji proizilaze iz topološkog pejzaža Rimanovih površina, mogu otvoriti nove puteve u razumevanju hiralnih i topoloških ponašanja u nehermitskim sistemima i premošćivanju kiralnosti i kvantne termodinamike.
„Naši nalazi otkrivaju da su kiralnost i razmena toplote u našem kvantnom sistemu povezane sa pravcem zaokruživanja zatvorenih petlji bez LEP-a. Jasno pokazujemo da je konverzija asimetričnog modusa direktno povezana sa topološkim pejzažom Rimanovih površina, a ne nužno sa zaokruživanjem. LEP ovog kvantnog sistema, koji podržava prethodne izveštaje za klasične sisteme“, rekao je prof. Feng.
„Ovaj eksperiment utire put za nova istraživanja u kvantnoj termodinamici i razvoj efikasnijih kvantnih hiralnih uređaja.“
Eksperiment tima takođe naglašava važnost LEP-a u optimizaciji dinamike KHE i poboljšanju njihove efikasnosti. Ovi uvidi mogu dovesti do napretka u različitim kvantnim tehnologijama, uključujući sisteme za konverziju energije i kvantno računarstvo.
