記者3日從中國科學技術大學獲悉，該校中國科學院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、榮星等人基于固態(tài)單自旋量子體系，對量子系統(tǒng)中的最大可提取功開展了系統(tǒng)實驗研究。實驗表明，通過提升量子系統(tǒng)的相干，可以有效提升量子態(tài)中的最大可提取功。該成果日前發(fā)表在《物理評論快報》上。

在熱力學研究中，理解一個系統(tǒng)能夠被提取出多少功，具有十分基礎且重要的意義。針對這一問題，理論研究者們提出了量子系統(tǒng)在循環(huán)幺正演化下的最大可提取功這一物理量，并于近期指出量子相干對于最大可提取功的重要作用。然而，實驗上尚缺乏對這兩個重要物理量關系的檢驗和展示，其主要原因是有效測量最大可提取功具有相當?shù)奶魬?zhàn)性。

本研究中，科研人員為避免使用復雜的量子態(tài)層析技術，發(fā)展了利用輔助比特測量最大可提取功的方法，并基于金剛石氮—空位(NV)色心體系，展示了對最大可提取功的高效精確測量，成功分離出了相干和非相干的部分。實驗通過檢測一系列量子態(tài)的相干最大可提取功，表明相干最大可提取功會隨著量子相干增加而增加。

研究人員表示，這項研究工作不僅展示了量子相干在功提取過程中的作用，還揭示了量子信息理論與量子熱力學之間的深刻聯(lián)系，為未來進一步研究量子系統(tǒng)的特性在熱力學模型中的作用打下基礎。此外，該研究成果也為未來量子器件的優(yōu)化與發(fā)展提供了理論與實驗基礎，尤其是在提升量子設備的功容量方面具有重要意義。