Феномен квантовой запутанности позволяет двум фотонам общаться быстрее скорости света, вне зависимости от разделяющего их расстояния. Ученые из Академии наук Китая продемонстрировали, что однажды это явление можно будет использовать для создания квантовых моторов и батарей, которые пригодятся для питания квантовых компьютеров следующего поколения.

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.