Dvojbitový motor poháňaný zapletením a miestnymi meraniami

Vedci z Inštitútu Nail-CNRS, Univerzity v St. Louis a Univerzity v Rochesteri nedávno zistili, že motor s dvoma qubitmi je poháňaný zapletením a miestnymi meraniami. Jedinečný dizajn tohto motora bol publikovaný v publikácii. List o fyzickej kontrole„Môže otvoriť vzrušujúce možnosti pre výskum termodynamiky a informovať o vývoji nových kvantových technológií.

„Náš príspevok je založený na veľmi jednoduchom a hlbokom pôsobení kvantovej mechaniky: merač Kvantový systém Rozptyľuje systém, to znamená, že náhodne mení svoju polohu, “uviedla Alexia Offes, jedna z vedkýň, ktorá študovala. Phys.org. „Ako okamžitý výsledok poskytuje meracie zariadenie energiu aj entropiu kvantovému systému, ktorý hrá rovnakú úlohu ako horúci zdroj, ktorý ohrieva tepelný zdroj. Stroj. Viditeľný rozdiel je v tom, že tu palivo nie je tepelné, ale je kvantové. „

Pred niekoľkými rokmi predložil Offes a niektorí jeho kolegovia z Inštitútu Nail-CNRS dôkaz koncepcie pre motor poháňaný meraním na základe jediného Prijať. Išlo o sériu návrhov, ktoré skúmali energetický náprotivok meracích zariadení.

Doteraz boli postupy merania zvyčajne modelované pomocou klasických teoretických prístupov. Vo svojom novom dokumente vedci urobili odvážny krok, keď otvorili „čiernu skrinku“ meracích prístrojov a pozreli sa na ňu z pohľadu kvantovej fyziky.

„Konkrétne uvažujeme o konštrukcii kvantových korelácií medzi meracím systémom a„ kvantovým metrom “,“. „Týmto procesom sme sledovali tok energie a entropie a odhalili sme mikroskopický pôvod paliva na meranie. To bol najdôležitejší cieľ našej práce.“

Vo svojej štúdii sa Ofivs a jeho kolegovia zamerali na takzvané „zmiešané systémy“. „Jeho analýza nakoniec viedla k návrhu motora poháňaného meraním na základe zamotaných qubitov. Okrem miestnych meraní je tento motor poháňaný aj fyzikálnym. Tento jav je známy ako Veľmi kritická situácia. K zamotaniu dochádza, keď sa skupina častíc vzájomne prepojí alebo je tak vzájomne prepojená, že činnosti vykonávané jednou osobou ovplyvňujú druhú, aj keď je medzi nimi značná vzdialenosť.

Nový motor navrhnutý vedcami má dva qubity. Kvantum je kvantový systém s dvoma energetickými stavmi: základným stavom. 0> a vzrušený stav. 1>

„Pri meraní qubit. 1> je možné určiť množstvo energie z neho extrahované, dabované Fotón„Said Ofaves.“ Po uvoľnení fotónu sa šetriacou energiou vráti qubit na 0. 0> je. Respektíve, kedy je v qubite. 0>, je možné poskytnúť fotón na jeho excitáciu. 1> Štát. „

Afewes a jeho kolegovia sa hrali s dvoma prepelicami rôznych farieb: červenou a modrou. Červený qubit si vymieňa červené fotóny, zatiaľ čo modrý vymieňa modré fotóny. Najmä červený qubit nesie menej energie ako modrý qubit.

Protokol, ktorý použili vedci, spočiatku poskytuje červené fotóny na červenej obežnej dráhe a pripravuje sa na 1 |_a > Zatiaľ čo je modrá obežná dráha. 0 |_B> Neskôr sa zamotajú, vymieňajú si navzájom fotóny, miešajú sa medzi sebou.

„Potom sme zmerali modrý qubit,“ povedal Auffeves. „Ak sa to meria v 0_B> Sme späť v pôvodnom stave a proces sa znova začal. Ak sa meria v 1_B> Môže sa extrahovať modrý fotón. Pretože červené fotóny sú energickejšie ako červené, energia sa z procesu získa v priemere. Ako ukazujeme a analyzujeme, táto energia pochádza z meracieho zariadenia. „

Motor poháňaný meraním, ktorý navrhuje Auffèves a jeho kolegovia, sa spolieha na celkovú pracovnú látku a zapletenie zohráva dôležitú úlohu v jeho palivovom systéme. Vedci dokázali kvantitatívne vyhodnotiť dva fyzické zdroje, ktoré priniesli kvantové merania, a to informácie a palivo. Okrem toho skúmali účinky týchto zdrojov na výkon motora.

„Naše objavy poskytujú nový pohľad na pôvodné množstvo energetických zdrojov, keď sa meria kvantový systém alebo ekvivalentne, keď sa robí kvantová korelácia medzi kvantovým systémom a kvantovým meradlom,“ uviedol Afeves. „Tieto výsledky sú v zásade platné pri absencii presne stanovenej teploty, pretože sa berie do úvahy iba zdroj hluku.“

Auffèves a jeho kolegovia boli medzi prvými, ktorí rozšírili motory poháňané meraním na kompozitné pracovné materiály a ponúkli jemné vysvetlenie palivového systému. Ich objavy môžu pomôcť preniesť koncepty súvisiace s termodynamikou na kvantové zdroje hluku, ako sú napríklad tie, ktoré sa môžu objaviť vo vnútri kryostatu.

V budúcnosti môže práca výskumných pracovníkov inšpirovať ďalšie tímy pri realizácii podobných motorov. Okrem toho môže ich štúdia otvoriť úplne novú oblasť výskumu, ktorú môžu nazvať „kvantová energetika“.

„Náš výsledok vrhá nové svetlo na merania v kvantovej mechanike,“ uviedol Afaeus. „Pretože tento mechanizmus stále živí zásadnú debatu, dalo by sa očakávať, že kvantová energetika poskytne nové merateľné veličiny na rozlíšenie medzi rôznymi interpretáciami kvantovej mechaniky. Na strane viacerých aplikácií budú mať vplyv kvantové merania a Energetické stopy zapletenia.“ Energie Náklady na kvantové technológie a ich potenciál pre škálovateľnosť. „

© 2021 Science X Network