Viện Đo lường Chính xác và Các Viện khác Đạt được Tiến bộ trong Khám phá Thực nghiệm Động cơ Lượng tử

Nhóm nghiên cứu xử lý thông tin lượng tử hệ thống ràng buộc của Viện khoa học đo lường chính xác và đổi mới công nghệ của Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc (IPMSI), hợp tác với Viện nghiên cứu công nghệ công nghiệp Quảng Châu (GITRI) và các bên khác, đã tiến hành thử nghiệm tác động của sự vướng víu như một nguồn tài nguyên lượng tử trên một động cơ lượng tử dựa trên Nền tảng thử nghiệm ion 40Ca+ cực lạnh. Kết quả thử nghiệm cho thấy động cơ lượng tử có thể tạo ra nhiều công hữu ích hơn khi vật chất làm việc của nó ở trạng thái vướng víu, cho thấy sự vướng víu có thể được sử dụng như một "nhiên liệu".
Sự vướng víu là một nguồn lượng tử độc đáo trong xử lý thông tin, có thể tăng tốc tính toán, đảm bảo an ninh thông tin trong giao tiếp và cải thiện độ chính xác của phép đo. Hiện tại, vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng liệu sự vướng víu có thể đóng vai trò trong quá trình chuyển đổi và sử dụng năng lượng hay không; liệu động cơ lượng tử có đặc tính vướng víu có vượt trội hơn động cơ cổ điển hay không và điều này xảy ra trong điều kiện nào vẫn chưa có kết luận. Đồng thời, có rất ít nghiên cứu thực nghiệm về động cơ lượng tử với các hệ thống vướng víu lượng tử làm vật liệu làm việc và không có xác minh thực nghiệm định lượng.
Nhóm đã thiết kế một động cơ lượng tử có đặc tính vướng víu sử dụng các ion 40Ca+ cực lạnh liên kết ổn định trong bẫy ion làm vật liệu làm việc. Động cơ lượng tử mang tải lượng tử. Nó được lấp đầy bởi một chế độ rung lượng tử được chia sẻ bởi các ion. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một chu trình nhiệt động lực học để khiến động cơ lượng tử chuyển đổi năng lượng photon của tia laser thông qua chất làm việc (ion) thành năng lượng phonon của tải lượng tử và xác định hiệu suất chuyển đổi. Hơn nữa, để ước tính lượng năng lượng đã chuyển đổi này là năng lượng có thể trích xuất được tức là công hữu ích, các nhà nghiên cứu đã xác định hiệu suất cơ học.
Để xác minh vai trò của sự vướng víu trong động cơ lượng tử, nghiên cứu đã đánh giá định lượng hiệu suất của động cơ lượng tử bằng cách điều chỉnh sự vướng víu của vật chất làm việc. Trong thí nghiệm, nghiên cứu đã kiểm soát thời gian hoạt động của cổng logic vướng víu bằng cách thao tác chính xác tia laser để thu được vật chất làm việc với các mức độ vướng víu khác nhau. Trong khi đó, nghiên cứu đã thu được hiệu suất chuyển đổi và hiệu suất cơ học ở các mức độ vướng víu khác nhau bằng cách đo số lượng photon được hấp thụ trong vật chất làm việc và số lượng phonon được thêm vào trong tải. Các thí nghiệm cho thấy giá trị hiệu suất cơ học cực đại xảy ra tại điểm mà vật chất làm việc bị vướng víu tối đa, nhưng hiệu suất chuyển đổi hầu như không bị ảnh hưởng bởi mức độ vướng víu. Phân tích dữ liệu thực nghiệm cho thấy động cơ lượng tử có thể tạo ra nhiều công hữu ích hơn khi vật chất làm việc của nó ở trạng thái vướng víu; và hiệu suất chuyển đổi của động cơ lượng tử không phụ thuộc vào sự vướng víu, cũng như đầu ra của công hữu ích.
Kết quả này cung cấp bằng chứng thực nghiệm cho thấy sự vướng víu có thể đóng vai trò là "nhiên liệu" trong động cơ lượng tử và cho thấy rằng nghiên cứu và phát triển động cơ lượng tử nên chú ý nhiều hơn đến hiệu suất cơ học hơn là hiệu suất chuyển đổi. Những kết quả này cung cấp một góc nhìn mới cho sự phát triển của các thiết bị năng lượng vi mô như động cơ lượng tử và pin lượng tử.