为什么元件的效率能超过100％？

我坚信热力学(thermodynamics)定律以及其纯口语推论：“当涉及能量，一定不会有白吃的午餐。”这也是为什么只要看到有文章或广告里出现“效率100%或以上”的字眼，我都会自动忽略;效率(efficiency)接近100%是有可能的，但是等于100%甚至超过──抱歉，我不信。

因此当我最近看到某篇媒体报导的标题是“8,000%效率的 LED 实现超低功率资料传输”时，简直是吓得目瞪口呆;比100%高一点也就算了，但8,000%实在是吹牛到离谱。我本来猜想那有可能是笔误，本来大概是写80%，只是编辑手抖了一下多按了两个0…但事实证明，标题没有写错。

效率的改善取决于你如何以及在何处量测输入与输出功率，再加上LED本身与量子机构的微妙之处;上述报导的开头是这样写的：“特定的LED在加热且以非常低功率运作时，会展现超过100%的电-光功率转换效率;这种效应来自于LED抽汲的热电…其设定为以3 x 10-3的位元错误率，每秒传输3kbit，每位元能源耗量仅40 fJ。”

简单来说，该LED会预先汲取热能，然后该能量会透过光学资料位元进行分配，同时LED本身不需要消耗额外的相应功率──这种效应有很多名称，例如电致发光(electro-luminescent)、EL致冷、电致发光致冷(electroluminescent refrigeration)、热光子致冷(thermophotonic cooling)以及光热致冷(optothermionic refrigeration)。

对于其运作原理我了解不多，包括一种高度特制化的锑砷化铟镓/锑化镓(GaInAsSb/GaSb)双异质结构LED;根据报导，这种结构在LED光电转换效率8000 ±1700%下，能侦测7.66 ±1.6 pW的光功率。我理解这意味着该效率参数会有高于20%一点点的容限，其好坏见仁见智。

功率量测──特别是与超低功率光学元件而非电子元件相关的──非常不容易实作且其一致性是非常善变的;在那些低功率元件的每个光子没有太多净空高度或距离。而对于这种元件我总是有几个很严肃合理的问题：你如何能自信地量测这么低的能量与功率?

你怎么知道你量测的是你实际上要量测到的、而不是因为一厢情愿而无意之间被扭曲的人造数字?而你又是怎么验证校准你的量测仪器之可信度?如果你曾经从事超级敏感的电气或光学功率量测，你用什么步骤来根据温度变化等因素设定并补偿你的量测仪器?