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打破热力学经典定律并不是一个谜，一些“鲁莽”的物理学家正在研究它。你知道，经典的热力学定律是基于大量粒子的行为，一旦在量子尺度上，我们有充分的理由质疑这些理论。
因此，在过去的五年中，量子热力学从少数理论物理学家发展到全世界数百名理论和实验物理学家，科学家们一直在探索热力学经典定律的局限性。
今天，新大陆似乎越来越接近我们了。近年来，科学家在这方面取得了一些新的进展。上周，牛津大学的一个研究小组在预印网站arxiv.com上发表了一篇初步分析，通过实验证明了量子效应（相干叠加）可以提高金刚石输出的光子生产效率，并且这种效率超出了范围。经典热力学。
量子物理学家在英国牛津大学的实验室里进行了这项实验。起初，钻石被放置在杂乱的纤维和镜子中，几乎看不见。但是当研究人员打开绿色激光时，钻石的缺陷被照亮，然后钻石开始发红。
基于这一变化，该小组发现了初步证据支持几年前提出的理论，量子效应会导致金刚石输出功率超过经典热力学的极限。
在量子场中，量子热力学定律不同于基于大多数粒子行为的经典理论。许多量子热力学家希望能够发现超出传统热力学、能够应用于实际目的的行为，包括改进基于实验室的制冷技术和制造具有增强能力的电池。并提炼量子计算技术。如果这一结果成立，它们将成为量子热力学研究的一个突破。
这种钻石实验首先由Ronnie Kosloff，拉姆乌斯丁和阿米卡姆利维，也来自希伯来大学。由金刚石中散射的氮原子引起的缺陷，正如他们预想的那样，可以作为热引擎，与高温源(本实验中使用激光)接触，以激发电子并释放光子能量。激光和微波辐射都能激发光子，但是Kosloff和他的同事们更希望这种“引擎”能以增强的模式工作，通过量子效应改善热力学。
受此启发，牛津大学的研究人员将脉冲激光和微波辐射结合起来研究存在量子效应（相干性）的金刚石热力学实验。电子的叠加态可以通过脉冲激光获得，而不是连续光。微波辐射与脉冲激光相结合可以使晶体更好。光子发射得很快。
利用具有氮空位缺陷的金刚石，研究人员比较了两种类型的量子引擎与没有量子效应的经典量子引擎。最后，他们发现，测得的输出功率比普通热机的输出功率高出四个标准偏差，打破了经典理论的极限。
他们还指出，当相干性降低时，输出功率降低到低于经典极限，表明量子效应有利于提高发动机功率，并表明量子效应具有积极的应用。
图A：发动机功率与行程长度（工作时间）之间的关系。绿色实线对应于经典热力学输出功率的上限，红色实线是量子热力学的理论预测，红点则是实验测量。结果表明，在短相干行程的量子相干效应下，热机功率打破了经典热力学的束缚。
B：随着退相干效应的增加，发现每个行程的输出功率下降到一个经典极限。另一方面，证明了量子相干效应（叠加态）对量子热机功率的影响。
此外，还发现两个发动机在短时间相干行程中功率相等，这证明了两个发动机的等效性，即每个行程周期的功率输出与热输出相同。
图|对两种不同类型的量子热机功率（阴影和点）、实线和虚线进行量子热机理论拟合，发现在短冲程内，两种热机功率是等效的。
这篇论文还没有经过同行评审，但如果如英国埃克塞特大学的量子物理学家珍妮特·安德斯（Janet Anders）所言，“这将是一个开创性的成就。”然而，她补充说，不清楚它为什么会达到这种效果。
“这似乎是一种神奇的燃料，不是增加能量，而是让发动机更快地提取能量。“理论物理学家仍然需要研究它是如何做到这一点的，”她说。
德国奥格斯堡大学的量子物理学家彼得·H2Anggi说，专注于实验是振兴这个领域所需的重要步骤，但是这些实验不足以提供真正的突破。
另一个挑战是这种量子系统被测量和环境之间的相互作用不可逆地干扰。新的实验并不能完全解释这些效应。他说：“这种影响很难计算，但在实验中更难克服。”
Ian Walmsley地图
就连牛津实验室主任、金刚石实验者伊恩·沃姆斯利（Ian Walmsley）也对量子热力学的未来持谨慎态度。
虽然近年来他和其他的实验者被量子热力学研究所所吸引，但他相信他们的兴趣主要是由于“机会主义”。他们发现了利用已经装备在其他实验中的成熟设备进行相对快速和简单的实验的机会。例如，诸如金刚石缺陷之类的设备在量子计算和传感器应用中得到了广泛的研究。
事实上，量子热力学的早期发展充满了争议、矛盾的理论命题和理论预测，使得这个新兴领域的可信度受到削弱。Peter H2Anggi曾经说过：“我对这个领域有很多批评，因为理论太多，实验也不多。”
然而今天，量子热力学的领域正在被统一。其中一个目的是通过实验揭示经典热力学定律无法完美预测的量子系统的热行为。
量子热力学的研究确实是深入的，许多人仍然期待它带来新的技术变化。在这一成就之前，量子热力学也有一些有趣的研究。例如，巴塞罗那的一个研究小组在对热室和冷室之间信息流动的理论分析中发现了一个奇怪的情况，其中热室似乎自动加热，冷室变得更冷。
研究人员很快意识到，这可能是由于粒子的纠缠，从理论上建立和破坏粒子之间的相关性是储存和释放能量的一种方式。
根据这一特性，一些独立的研究小组提出，利用这种纠缠，能量可以储存在“量子细胞”中。热那亚意大利理工学院的一个研究小组也试图用超导量子位电池证实巴塞罗那研究小组的预测。原则上，这种量子电池的充电速度比传统电池快得多。
量子物理学家Arnau Riera说：“由于热力学第二定律，尽管你无法获得或储存比传统电池更多的能量，但是你可以加速这个过程。”
此外，为了实现量子计算的应用，一些研究者也在寻找更方便的方法来操纵量子。加拿大滑铁卢大学的量子物理学家Nayeli Azucena Rodrguez Briones和她的同事设计了一个操作，通过操纵量子位对的能级来增加量子计算所需的冷却功率。目前，他们正计划在实验室中用超导量子比特来测试这个想法。
正如以色列耶路撒冷希伯来大学的早期量子热力学先驱Ronnie Kosloff所感叹的：“这个领域发展得如此之快，我几乎跟不上。”
今天，量子热力学领域充满了“能量”，但它仍然是昙花一现，我们仍然需要更多的时间来验证它。
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