論文の概要: Enhancing the power of a quantum heat engine via control of the system--reservoir coupling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.12055v1
- Date: Wed, 12 Aug 2026 13:36:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-13 19:07:54.593791
- Title: Enhancing the power of a quantum heat engine via control of the system--reservoir coupling
- Title（参考訳）: システム制御による量子熱機関のパワー向上-貯留層カップリング
- Abstract要約: 機械と貯水池との間の熱伝達の直接的微視的制御は、まだ解明されていない。
我々は、超低温のCs-133原子を超低温のRb-87原子の原子貯留層に結合させた量子オットーエンジンにおいて、そのような制御を実験的に実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: The non-equilibrium properties of open quantum systems are determined by the microscopic laws governing energy exchange with their environment. In particular, an enhancement of the performance of quantum heat engines has been predicted by speeding up the dynamics through control of the system--bath interaction. However, direct microscopic control of heat transfer between the machine and the reservoir has remained elusive so far. Here, we experimentally demonstrate such control in a quantum Otto engine realized with ultracold Cs-133 atoms coupled to an atomic reservoir of ultracold Rb-87 atoms. Heat exchange between the two is mediated by inelastic s-wave collisions whose energy-dependent scattering cross sections lead to an asymmetric equilibration dynamics in the isochoric heating and cooling strokes. By tuning the kinetic temperature of the atomic reservoir, we modify the associated microscopic scattering rates, and thereby the heat transfer law, giving control over the time allocation within the engine cycle through control over the microscopic, multi-exponential relaxation dynamics. This enables power output optimization at fixed efficiency. Our results establish microscopic control of system-reservoir interactions as a tool for manipulating heat flow at the nanoscale and engineering the finite-time performance of quantum thermal machines.
- Abstract（参考訳）: オープン量子系の非平衡特性は、環境とのエネルギー交換を管理する顕微鏡法則によって決定される。
特に、量子熱エンジンの性能向上は、システム-バス相互作用の制御により力学を高速化することで予測されている。
しかし、機械と貯水池との間の熱伝達の直接的微視的制御は、まだ解明されていない。
ここでは、超低温のCs-133原子を超低温のRb-87原子の原子貯留層に結合させた量子オットーエンジンにおいて、そのような制御を実験的に実証する。
この2つの熱交換は非弾性s波衝突によって媒介され、エネルギー依存性の散乱断面積が等温加熱と冷却ストロークの非対称平衡ダイナミクスに繋がる。
原子貯水池の運動温度を調整することにより、関連する微視的散乱率を調整し、熱伝達則を調整し、微視的多指数緩和ダイナミクスの制御を通じてエンジンサイクル内の時間割当を制御する。
これにより、一定の効率で出力を最適化できる。
本研究は, ナノスケール熱流を制御し, 量子熱機械の有限時間性能を設計するためのツールとして, システム-貯留層相互作用の微視的制御を確立した。
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