Precision Measurement Institute i altres avancen en l'exploració experimental de motors quàntics

El Grup de Recerca de Processament d'Informació Quàntica del Sistema Lligat de l'Institut de Ciència de Mesura de Precisió i Innovació Tecnològica de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (IPMSI), en col·laboració amb l'Institut de Recerca de Tecnologia Industrial de Guangzhou (GITRI) i altres, ha explorat experimentalment l'efecte de l'entrellat. com a recurs quàntic en un motor quàntic basat en la Plataforma Experimental d'Ions Ultracold 40Ca+. Els resultats experimentals mostren que el motor quàntic pot produir un treball més útil quan la seva matèria de treball està en estat entrellaçat, cosa que indica que l'entrellat es pot utilitzar com a "combustible".
Entanglement és un recurs quàntic únic en el processament de la informació, que pot accelerar el càlcul, garantir la seguretat de la informació en la comunicació i millorar la precisió de la mesura. Actualment, no està del tot clar si l'entrellat pot tenir un paper en la conversió i l'ús d'energia; si els motors quàntics amb propietats d'entrellaçament són superiors als motors clàssics i en quines condicions això passa no és concloent. Al mateix temps, hi ha pocs estudis experimentals de motors quàntics amb sistemes entrellaçats quàntics com a matèria de treball, i no hi ha cap verificació experimental quantitativa.
El grup va dissenyar un motor quàntic amb propietats d'entrellat utilitzant ions ultrafreds de 40 Ca + units de manera estable en una trampa d'ions com a material de treball. El motor quàntic porta una càrrega quàntica. S'omple per un mode vibracional quàntic compartit pels ions. Els investigadors van utilitzar un cicle termodinàmic per fer que el motor quàntic convertís l'energia fotònica del làser a través de la substància de treball (l'ió) en l'energia fonònica de la càrrega quàntica i van definir l'eficiència de conversió. A més, per estimar quant d'aquesta energia convertida és energia extraïble, és a dir, treball útil, els investigadors van definir l'eficiència mecànica.
Per verificar el paper de l'entrellat en motors quàntics, l'estudi va avaluar quantitativament el rendiment dels motors quàntics ajustant l'entrellat de la matèria de treball. A l'experiment, l'estudi va controlar el temps de l'operació de la porta lògica d'enredament manipulant amb precisió el làser per obtenir matèria de treball amb diferents graus d'entrellat. Mentrestant, l'estudi va obtenir l'eficiència de conversió i l'eficiència mecànica a diferents graus d'entrellat mesurant el nombre de fotons absorbits en la matèria de treball i el nombre de fonons afegits a la càrrega. Els experiments mostren que el valor màxim de l'eficiència mecànica es produeix en el punt on la matèria de treball s'entrellaça al màxim, però l'eficiència de conversió gairebé no es veu afectada pel grau d'entrellaçament. L'anàlisi de les dades experimentals mostra que el motor quàntic és capaç de produir un treball més útil quan la seva matèria de treball es troba en estat entrellaçat; i l'eficiència de conversió del motor quàntic és independent de l'entrellat, així com de la producció de treball útil.
Aquest resultat proporciona proves experimentals que l'entrellat pot jugar el paper de "combustible" en els motors quàntics i suggereix que la investigació i el desenvolupament de motors quàntics haurien de prestar més atenció a l'eficiència mecànica en lloc de l'eficiència de conversió. Aquests resultats proporcionen una nova perspectiva per al desenvolupament de dispositius d'energia microscòpica com ara motors quàntics i bateries quàntiques.