Inštitut za natančno merjenje in drugi napredujejo pri eksperimentalnem raziskovanju kvantnih motorjev

Raziskovalna skupina Bound System Quantum Information Processing Inštituta za znanost o natančnih meritvah in tehnološke inovacije Kitajske akademije znanosti (IPMSI) je v sodelovanju z Inštitutom za industrijsko tehnologijo Guangzhou (GITRI) in drugimi eksperimentalno raziskala učinek prepletenosti. kot kvantni vir na kvantnem motorju, ki temelji na Ultracold 40Ca+ Ion Experimental Platform. Eksperimentalni rezultati kažejo, da lahko kvantni motor proizvede več uporabnega dela, ko je njegova delovna snov v zapletenem stanju, kar kaže, da se lahko prepletenost uporablja kot "gorivo".
Prepletenost je edinstven kvantni vir pri obdelavi informacij, ki lahko pospeši računanje, zagotovi informacijsko varnost v komunikaciji in izboljša natančnost meritev. Trenutno ni povsem jasno, ali lahko prepletanje igra vlogo pri pretvorbi in uporabi energije; ali so kvantni motorji z lastnostmi prepletenosti boljši od klasičnih motorjev in pod kakšnimi pogoji se to zgodi, ni prepričljivo. Hkrati je malo eksperimentalnih študij kvantnih motorjev s kvantno prepletenimi sistemi kot delovno snovjo, kvantitativnega eksperimentalnega preverjanja pa ni.
Skupina je zasnovala kvantni motor z lastnostmi prepletanja, pri čemer kot delovni material uporablja ultrahladne ione 40Ca+, ki so stabilno vezani v ionski pasti. Kvantni motor nosi kvantno breme. Napolnjuje ga kvantni način nihanja, ki si ga delijo ioni. Raziskovalci so uporabili termodinamični cikel, da bi kvantni motor pretvoril fotonsko energijo laserja skozi delovno snov (ion) v fononsko energijo kvantne obremenitve, in definirali učinkovitost pretvorbe. Nadalje, da bi ocenili, koliko te pretvorjene energije je energija, ki jo je mogoče pridobiti, tj. koristno delo, so raziskovalci opredelili mehansko učinkovitost.
Da bi preverili vlogo zapletanja v kvantnih motorjih, je študija kvantitativno ocenila delovanje kvantnih motorjev s prilagajanjem zapletanja delovne snovi. V poskusu je študija nadzorovala čas delovanja logičnih vrat zapletanja z natančno manipulacijo laserja, da bi pridobila delovno snov z različnimi stopnjami zapletanja. Medtem je študija pridobila učinkovitost pretvorbe in mehansko učinkovitost pri različnih stopnjah zapletanja z merjenjem števila fotonov, absorbiranih v delovni snovi, in števila fononov, dodanih v obremenitev. Poskusi kažejo, da se največja vrednost mehanske učinkovitosti pojavi na točki, kjer je delovna snov maksimalno zapletena, vendar stopnja zapletenosti skoraj ne vpliva na učinkovitost pretvorbe. Analiza eksperimentalnih podatkov kaže, da je kvantni motor sposoben proizvesti več koristnega dela, ko je njegova delovna snov v zapletenem stanju; in učinkovitost pretvorbe kvantnega motorja je neodvisna od prepletenosti, kot tudi rezultat koristnega dela.
Ta rezultat daje eksperimentalne dokaze, da lahko prepletanje igra vlogo "goriva" v kvantnih motorjih, in nakazuje, da bi morali raziskave in razvoj kvantnih motorjev več pozornosti nameniti mehanski učinkovitosti kot učinkovitosti pretvorbe. Ti rezultati zagotavljajo novo perspektivo za razvoj mikroskopskih energetskih naprav, kot so kvantni motorji in kvantne baterije.