В отличие от традиционных двигателей, работающих на энергии теплового горения, квантовый двигатель использует лазеры для перехода частиц между квантовыми состояниями, преобразуя свет в кинетическую энергию. Ученые показали, что феномен запутанности повышает для квантовых двигателей показатель эффективности по выпуску. Теоретически, они в состоянии преодолеть лимит классической термодинамики, потенциально добившись эффективности преобразования энергии свыше 25%. Этого достаточно для питания крупных квантовых компьютеров и схем.

«Наше исследование подчеркивает первую экспериментальную реализацию квантового двигателя со свойствами запутанности. Оно подтверждает, что запутанность может выступать как своего рода топливо», — сказал Чжоу Фэй, один из исследователей.

Используя ультрахолодные ионы, запертые в ловушку, исследователи спроектировали термодинамический цикл, преобразующий энергию внешнего лазера в колебательную энергию ионов, сообщает SCMP. «Мы выбрали в качестве рабочего вещества запутанные состояния двух вращающихся ионов, с их колебательными режимами в качестве нагрузки. Посредством точных настроек частоты, амплитуды и продолжительности лазерного импульса ионы перешли из своего изначального чистого состояния в высшей степени запутанные состояния», — сказал Чжоу.

Ученые провели свыше 10 000 испытаний квантового двигателя, наблюдая прежде всего за двумя показателями: эффективностью преобразования, то есть тем, сколько колебаний фотонов он производит на каждый фотон; и за механической эффективностью, то есть количеством энергии, которую можно использовать. Результаты показали, что чем выше уровень запутанности, тем больше механическая эффективность, тогда как с эффективностью преобразования такой корреляции нет.

«Это значит, что квантовая запутанность, несмотря на ее непонятный для физиков механизм, выступает „топливом“ в квантовых двигателях», — сказал Чжоу.

Выводы ученых открывают новые перспективы для развития микроэнергетических устройств, например, квантовых моторов или батарей, и свидетельствуют о том, что свойства запутанности рабочих материалов способны повышать максимум извлекаемой энергии.

Сразу две независимых команды ученых добились в прошлом году важного прорыва в области квантовой физики. С помощью технологии оптического пинцета им удалось связать не отдельные атомы, а целые молекулы в особое квантовое состояние запутанности.