北京
研究人员已证明，这些效应可在确定的因果结构下重现。
一支跨国研究团队观察到一种反常的热效应，能让量子系统从冷的低温热库中吸收热量。随后，团队利用这一行为构建了一台能同时产生机械功和制冷效果的量子热机。
经典物理学告诉我们，热量会自然地从高温系统流向低温系统。从发电厂到家用冰箱，这一原理已被用于开发一系列技术，并且我们都知道，直到两个系统达到平衡为止，热传递都会持续进行。
因此，当曲阜师范大学、香港大学和巴勒莫大学的研究人员观察到这种由量子效应导致的反常热行为时，他们立刻想到了它可能推动的应用。最终成果就是一台能同时完成两件事的热机。
不定因果序
量子系统常常展现出难以用经典物理学解释的行为。“不定因果序（ICO）允许两个事件以顺序叠加的方式发生，”曲阜师范大学量子力学研究员满忠晓解释道。
满忠晓补充道：“此前的研究表明，即使通道温度相同，系统也不必平衡到该温度。”
这与经典热力学存在重大偏离，因此研究人员提出疑问：如果系统和通道初始温度不同，或者存在两个热库，热流会怎样变化。在理论工作中，他们预测量子系统可以从较冷的热库中吸收热量。
随后，他们构建了一台新型量子奥托热机，实验验证了他们的预测。“在量子世界中，两个热力学过程可以以不同顺序的叠加态发生。这会产生一种不寻常的热流，使热机能以一种经典方式不可能实现的方式，从较冷的环境中汲取能量，”满忠晓进一步解释道。
后续发展
通过将理论概念转化为物理现实，研究人员证明，这些效应不仅是不定因果序的特征，也可以在确定的因果结构下重现。
这很可能有助于设计其他能以不同方式操控热量和能量的量子技术。研究人员建造的量子热机只是一个原理验证，为从量子处理器到传感器等众多设备开辟了应用前景。
“未来的一个研究方向是超越理想化的热力学循环，研究所有操作都在有限时间内完成的更实际实施方案，”巴勒莫大学开放量子系统研究员、也参与了这项工作的罗萨里奥·洛·弗兰科表示。
“在实际设备中，速度至关重要，因为它不仅决定效率，还决定功率输出。近期的理论研究表明，有限时间测量和控制操作会在能量成本、信息增益和性能之间引入基本的权衡，我们想了解这些限制如何影响我们工作中提出的这类热机。”
该研究成果发表在《物理评论快报》上。
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