在該工作中，量子可積研究組及其合作者率先提出了相互作用調(diào)控量子熱機(jī)的構(gòu)想，運(yùn)用精確可解模型以及拉亭戈量子液體理論系統(tǒng)計(jì)算了相互作用調(diào)控量子熱機(jī)的功及熱機(jī)效率，發(fā)現(xiàn)了在量子臨界點(diǎn)附近量子熱機(jī)具有最大的單粒子平均功，并討論了實(shí)驗(yàn)上的實(shí)現(xiàn)方案。該工作從理論研究層面揭示了量子動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的普適特性，并為量子調(diào)控和量子氣體的實(shí)驗(yàn)研究提供了有意義的參考。
量子熱機(jī)是近年來(lái)多體量子物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問(wèn)題之一。從理論研究的角度看，傳統(tǒng)的量子統(tǒng)計(jì)物理對(duì)于極低溫以及極小尺度的量子動(dòng)力學(xué)行為描述并不完備，作為其基石的各態(tài)遍歷假說(shuō)遭遇挑戰(zhàn)，這激發(fā)了研究者們濃厚的興趣，量子熱機(jī)循環(huán)作為典型的量子動(dòng)力學(xué)過(guò)程，因此受到了廣泛的關(guān)注。從超冷原子實(shí)驗(yàn)的角度看，對(duì)于極低溫的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其量子效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)，因此對(duì)超冷原子進(jìn)行操控或進(jìn)一步降溫也必須考慮體系的量子熱效應(yīng)，而這正是量子熱機(jī)的主要研究?jī)?nèi)容。
本工作中，量子可積研究組及其合作者創(chuàng)造性地運(yùn)用了可積模型以及低維量子場(chǎng)論的研究手段，通過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算，分析了由一維接觸相互作用玻色氣體實(shí)現(xiàn)的量子熱機(jī)循環(huán)，得到了熱機(jī)效率、功等主要參數(shù)的解析表達(dá)式。作者針對(duì)冷原子物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，提出了通過(guò)調(diào)控原子之間相互作用強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)量子熱機(jī)循環(huán)的構(gòu)想，理論上證實(shí)了相互作用調(diào)控可實(shí)現(xiàn)和原先人們熟知的磁熱、壓熱效應(yīng)類似的一種全新的量子熱效應(yīng)?；趯?duì)熱機(jī)循環(huán)的分析，本工作理論上完全證明了相互作用調(diào)控的量子熱機(jī)的可實(shí)施性，并相應(yīng)給出了具體的實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案。
本工作中，精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院量子可積系統(tǒng)研究組的原博士生陳洋洋和助理研究員余毅聰做了主要理論計(jì)算工作；管習(xí)文研究員與Adolfo del Campo教授是該論文的共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)專項(xiàng)基金、面上基金及科技部量子調(diào)控重點(diǎn)專項(xiàng)的支持。
另外，管習(xí)文研究員與上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院的鄒海源博士，美國(guó)喬治梅森大學(xué)趙二海教授及李政道研究所講席教授劉文勝合作研究了Zig-Zag量子自旋體系中精確可解點(diǎn)與對(duì)稱保護(hù)拓?fù)湎?，該工作得到了?guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)專項(xiàng)基金及科技部量子調(diào)控重點(diǎn)專項(xiàng)的支持。其結(jié)果發(fā)表在 Physical Review Letters, 參見(jiàn) https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.180401 。
