2019年12月23日研究人員在實驗室中實現了量子熱機。
（Nanowerk新聞）所謂的量子技術依賴於遵守量子力學定律的微觀設備。但是，這種新型設備實際上需要多少功率？會產生多少熱量？如何在耗散最小能量的最佳條件下運行？
除了新的原理驗證實驗以外，這些問題還剛剛開始通過量子信息與介觀系統的失衡熱力學之間的聯繫來回答。
在19世紀的工業革命期間，類似的問題無處不在。那個時代的科學家意識到，熱量和機器執行工作的能力都是相同物理量，能量的不同形式。在研究一種形式的能量轉換為另一種形式的能量時，他們發現了經典的熱力學定律，這些定律對工業產生了深遠的影響，並徹底改變了現代社會。
量子熱機的理論概念最早是在60年前提出的，當時美國貝爾實驗室的Scovil和Schulz-DuBois將三級脈衝激射器和熱機進行了類比。從那時起，許多關於量子尺度熱力學循環的提議出現在科學期刊上，並且直到最近才開始進行實驗。
在量子場景中，能量波動起著重要作用。在許多方面，量子裝置中這種波動的測量具有挑戰性。現在，國際研究小組在物理評論快報（「自旋量子熱機的實驗表徵」）中報告了量子奧託循環的實驗實施情況，該研究團隊的成員來自巴西ABC聯邦大學，巴西物理研究中心的專家。 ），滑鐵盧大學（加拿大）和新加坡科技設計大學（新加坡）。
科學家仔細研究了工作和熱量中的所有能量波動，除了量子尺度上的不可逆性。這種微型發動機是由分子中的核自旋構成的，該分子吸收並釋放無線電波中的能量。
這種分子機器的快速運行會在自旋能態之間產生躍遷，這與該領域的科學家稱之為``量子摩擦''的技術有關，從而降低了性能。這種摩擦也與熵的增加有關。另一方面，滑鐵盧大學（University of Waterloo）的約翰·彼得森（John Peterson）指出，非常緩慢的操作（降低了量子摩擦）將無法提供可觀的提取功率。
因此，最好的方案是，以與現代工程技術在汽車發動機中類似的方式，以低水平的量子摩擦或熵產生來平衡一些功率。
在最新報導的實驗中，微型旋轉發動機在最大功率下的效率接近其熱力學極限，這比如今的汽車發動機要好得多。
量子自旋引擎在實踐中不是很有用，因為產生的功將為無線電波提供非常少量的能量。僅僅改變另一個核自旋就足夠了。研究團隊對測量其消耗的能量，其散發的熱量以及在運行過程中產生多少熵更感興趣。 ABC聯邦大學的Roberto Serra解釋說，另一個目標是在實際實驗中學習如何優化小型量子熱機的運行並最終為量子技術中的應用構建更好的量子冰箱。
本實驗中使用的技術在新興的量子熱力學中具有進一步發展的巨大潛力。
資料來源：ABC聯邦大學