Traditionnellement, les moteurs thermiques produisent de la chaleur à partir de l'échange entre les bains à haute température et à basse température. Maintenant, imaginez un moteur thermique fonctionnant à l'échelle quantique, et un système constitué d'un atome interagissant avec la lumière (photons) confiné dans une cavité réfléchissante de dimensions subatomiques. Cette configuration peut être soit à haute ou basse température, imitant les deux bains trouvés dans les moteurs thermiques conventionnels. Le contrôle des paramètres influençant le fonctionnement de ces modèles de moteurs thermiques quantiques pourrait augmenter considérablement notre capacité à manipuler les états quantiques de la cavité atome-cavité couplée, et accélérer notre capacité à traiter l'information quantique. Pour que cela fonctionne, nous devons trouver de nouvelles façons d'améliorer l'efficacité des moteurs à chaleur quantique.
Dans une étude publiée dans EPJ D , Kai-Wei Sun et ses collègues de l'Université Beihang, Pékin, Chine, montrent des méthodes pour contrôler la puissance de sortie et l'efficacité d'un moteur thermique quantique basé sur la cavité à deux atomes. Dans le modèle familier de moteur thermique à l'échelle macroscopique, appelé moteur thermique Carnot, le rendement augmente en fonction du rapport entre les températures des bains basse et haute température. Par comparaison, l'efficacité des moteurs thermiques quantiques à deux niveaux est liée au niveau d'intrication quantique dans ces deux états, qui sont soit à basse soit à haute température, et afficher la même probabilité d'être occupé.
Les auteurs ont découvert que leur modèle de moteur thermique ne donne un rendement et une puissance de sortie élevés que lorsque le nombre de photons impliqués est faible; par conséquent, son efficacité et sa puissance de sortie diminuent rapidement à mesure que le nombre de photons augmente. Cela implique la nécessité de réduire le nombre de photons pour améliorer le rendement de ces moteurs, afin que nous puissions augmenter la puissance de manipulation quantique et réaliser un traitement de l'information quantique basé sur des systèmes atome-cavité.
