Le Precision Measurement Institute et d'autres font des progrès dans l'exploration expérimentale des moteurs quantiques

Le groupe de recherche sur le traitement de l'information quantique du système lié de l'Institut des sciences de la mesure de précision et de l'innovation technologique de l'Académie chinoise des sciences (IPMSI), en collaboration avec l'Institut de recherche en technologie industrielle de Guangzhou (GITRI) et d'autres, a exploré expérimentalement l'effet de l'intrication en tant que ressource quantique sur un moteur quantique basé sur la plate-forme expérimentale d'ions Ultracold 40Ca+. Les résultats expérimentaux montrent que le moteur quantique peut produire un travail plus utile lorsque sa matière de travail est dans l'état intriqué, ce qui indique que l'intrication peut être utilisée comme « carburant ».
L'intrication est une ressource quantique unique dans le traitement de l'information, qui peut accélérer le calcul, assurer la sécurité des informations dans la communication et améliorer la précision des mesures. Actuellement, on ne sait pas exactement si l'intrication peut jouer un rôle dans la conversion et l'utilisation de l'énergie ; on ne sait pas si les moteurs quantiques dotés de propriétés d'intrication sont supérieurs aux moteurs classiques et dans quelles conditions cela se produit. Dans le même temps, il existe peu d'études expérimentales sur les moteurs quantiques avec des systèmes quantiques intriqués comme matière de travail, et il n'existe aucune vérification expérimentale quantitative.
Le groupe a conçu un moteur quantique avec des propriétés d'intrication en utilisant des ions 40Ca+ ultra-froids liés de manière stable dans un piège à ions comme matériau de travail. Le moteur quantique transporte une charge quantique. Il est rempli par un mode vibrationnel quantique partagé par les ions. Les chercheurs ont utilisé un cycle thermodynamique pour faire en sorte que le moteur quantique convertisse l'énergie photonique du laser à travers la substance de travail (l'ion) en énergie phononique de la charge quantique, et ont défini l'efficacité de conversion. De plus, pour estimer quelle quantité de cette énergie convertie est de l'énergie extractible, c'est-à-dire du travail utile, les chercheurs ont défini l'efficacité mécanique.
Pour vérifier le rôle de l'intrication dans les moteurs quantiques, l'étude a évalué quantitativement les performances des moteurs quantiques en ajustant l'intrication de la matière de travail. Dans l'expérience, l'étude a contrôlé le moment du fonctionnement de la porte logique d'intrication en manipulant précisément le laser pour obtenir de la matière de travail avec différents degrés d'intrication. Parallèlement, l'étude a obtenu l'efficacité de conversion et l'efficacité mécanique à différents degrés d'intrication en mesurant le nombre de photons absorbés dans la matière de travail et le nombre de phonons ajoutés dans la charge. Les expériences montrent que la valeur maximale de l'efficacité mécanique se produit au point où la matière de travail est intriquée au maximum, mais l'efficacité de conversion n'est presque pas affectée par le degré d'intrication. L'analyse des données expérimentales montre que le moteur quantique est capable de produire plus de travail utile lorsque sa matière de travail est dans l'état intriqué ; et l'efficacité de conversion du moteur quantique est indépendante de l'intrication, ainsi que de la production de travail utile.
Ce résultat fournit une preuve expérimentale que l'intrication peut jouer le rôle de « carburant » dans les moteurs quantiques et suggère que la recherche et le développement de moteurs quantiques devraient accorder plus d'attention à l'efficacité mécanique plutôt qu'à l'efficacité de conversion. Ces résultats ouvrent une nouvelle perspective pour le développement de dispositifs énergétiques microscopiques tels que les moteurs quantiques et les batteries quantiques.