Institut Pengukuran Ketepatan Dan Lain-Lain Membuat Kemajuan dalam Eksplorasi Eksperimen Enjin Kuantum

Kumpulan Penyelidikan Pemprosesan Maklumat Kuantum Sistem Terikat Institut Sains Pengukuran Ketepatan dan Inovasi Teknologi Akademi Sains China (IPMSI), dengan kerjasama Institut Penyelidikan Teknologi Perindustrian Guangzhou (GITRI) dan lain-lain, telah meneroka secara eksperimen kesan kekusutan sebagai sumber kuantum pada enjin kuantum berdasarkan Platform Eksperimen Ion Ultracold 40Ca+. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa enjin kuantum boleh mengeluarkan kerja yang lebih berguna apabila bahan kerjanya berada dalam keadaan terjerat, menunjukkan bahawa jeratan boleh digunakan sebagai "bahan api".
Entanglement ialah sumber kuantum unik dalam pemprosesan maklumat, yang boleh mempercepatkan pengiraan, memastikan keselamatan maklumat dalam komunikasi, dan meningkatkan ketepatan pengukuran. Pada masa ini, ia tidak sepenuhnya jelas sama ada keterikatan boleh memainkan peranan dalam penukaran dan penggunaan tenaga; sama ada enjin kuantum dengan sifat belitan lebih baik daripada enjin klasik dan dalam keadaan apa ini berlaku adalah tidak dapat disimpulkan. Pada masa yang sama, terdapat beberapa kajian eksperimen enjin kuantum dengan sistem terjerat kuantum sebagai bahan kerja, dan tiada pengesahan eksperimen kuantitatif.
Kumpulan itu mereka bentuk enjin kuantum dengan sifat belitan menggunakan ion ultracold 40Ca+ yang terikat secara stabil dalam perangkap ion sebagai bahan kerja. Enjin kuantum membawa beban kuantum. Ia diisi oleh mod getaran kuantum yang dikongsi oleh ion. Para penyelidik menggunakan kitaran termodinamik untuk membuat enjin kuantum menukar tenaga foton laser melalui bahan kerja (ion) ke dalam tenaga fonon beban kuantum, dan menentukan kecekapan penukaran. Selanjutnya, untuk menganggarkan berapa banyak tenaga yang ditukar ini adalah tenaga yang boleh diekstrak iaitu kerja yang berguna, para penyelidik mentakrifkan kecekapan mekanikal.
Untuk mengesahkan peranan kekusutan dalam enjin kuantum, kajian secara kuantitatif menilai prestasi enjin kuantum dengan melaraskan kekusutan bahan kerja. Dalam eksperimen, kajian itu mengawal masa operasi get logik belitan dengan memanipulasi laser dengan tepat untuk mendapatkan bahan kerja dengan darjah kekusutan yang berbeza. Sementara itu, kajian memperoleh kecekapan penukaran dan kecekapan mekanikal pada darjah kekusutan yang berbeza dengan mengukur bilangan foton yang diserap dalam bahan kerja dan bilangan fonon yang ditambah dalam beban. Eksperimen menunjukkan bahawa nilai maksimum kecekapan mekanikal berlaku pada titik di mana bahan kerja terikat secara maksimum, tetapi kecekapan penukaran hampir tidak terjejas oleh tahap kekusutan. Analisis data eksperimen menunjukkan bahawa enjin kuantum mampu mengeluarkan kerja yang lebih berguna apabila bahan kerjanya berada dalam keadaan terjerat; dan kecekapan penukaran enjin kuantum adalah bebas daripada kekusutan, serta output kerja yang berguna.
Keputusan ini memberikan bukti eksperimen bahawa jalinan boleh memainkan peranan "bahan api" dalam enjin kuantum, dan mencadangkan bahawa penyelidikan dan pembangunan enjin kuantum harus memberi lebih perhatian kepada kecekapan mekanikal dan bukannya kecekapan penukaran. Keputusan ini memberikan perspektif baharu untuk pembangunan peranti tenaga mikroskopik seperti motor kuantum dan bateri kuantum.