論文の概要: Extending the Limited Performance of the Quantum Refrigerator with Catalysts

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.12016v1
• Date: Wed, 16 Jul 2025 08:20:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-17 19:00:11.299773
• Title: Extending the Limited Performance of the Quantum Refrigerator with Catalysts
• Title（参考訳）: 触媒を用いた量子冷凍機の限界性能向上
• Authors: Cong Fu, Ousi Pan, Zhiqiang Fan, Yushun Tang, Shanhe Su, Youhui Lin, Jincan Chen,
• Abstract要約: 本研究では,2ストロークの量子冷凍機を用いて,外部作業による離散ストロークにより冷水貯留層から熱を抽出する。 触媒はサイクル毎に変化せず、熱抽出が完全に作業入力によって駆動されることを保証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9505558297657519
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum thermal machines offer promising platforms for exploring the fundamental limits of thermodynamics at the microscopic scale. Here, we study a two-stroke quantum refrigerator that extracts heat from a cold reservoir via discrete strokes powered by external work. The working medium consists of two two-level systems (TLSs) and two heat reservoirs at different temperatures and is assisted by an auxiliary system acting as a catalyst. Remarkably, the catalyst remains unchanged after each cycle, ensuring that heat extraction is driven entirely by the work input. We show that the presence of the catalyst leads to two significant enhancements: it enables the coefficient of performance (COP) to exceed the Otto bound and allows the refrigerator to operate in frequency and temperature regimes that are inaccessible without a catalyst. These results highlight the potential of catalytic mechanisms to broaden the operational capabilities of quantum thermal devices and to surpass conventional thermodynamic performance limits.
• Abstract（参考訳）: 量子熱機械は、顕微鏡スケールで熱力学の基本的な限界を探索するための有望なプラットフォームを提供する。 そこで本研究では,2ストロークの量子冷凍機を用いて,外部作業による離散ストロークを用いて,冷水貯留層から熱を抽出する手法を提案する。 加工媒体は、2つの2レベル系(TLS)と2つの熱貯槽から成り、触媒として作用する補助系によって補助される。 注目すべきは、触媒はサイクル毎に変化せず、熱抽出が完全に作業入力によって駆動されることを保証することである。 触媒の存在は,オットー境界を超える性能係数(COP)と,触媒を使わずに到達不能な周波数および温度条件下での冷凍機動作の2つの重要な拡張をもたらすことを示す。 これらの結果は、量子熱デバイスの動作能力を拡大し、従来の熱力学性能限界を超える触媒機構の可能性を強調している。

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