以纠缠为燃料的量子引擎？

为了使汽车行驶，汽车的发动机燃烧汽油并将燃烧汽油的热量转化为机械功。然而，在这个过程中，能量被浪费了。一辆典型的汽车只能将汽油中大约 25% 的能量转化为有用的能量来使其运行。

以 100% 的效率运行的发动机仍然比科学事实更像是科幻小说，但罗切斯特大学的新研究可能会让科学家们更接近展示系统内理想的能量转移。

罗切斯特大学物理学教授安德鲁乔丹最近获得了邓普顿基金会为期三年、100 万美元的资助，用于研究量子测量引擎——利用量子力学原理以 100% 效率运行的引擎。这项研究将与法国和圣路易斯华盛顿大学的联合首席研究员一起进行，可以回答有关量子系统中热力学定律的重要问题，并为更高效的引擎和量子计算机等技术做出贡献。

“这笔赠款涉及关于我们自然世界的几个大问题，”乔丹说。

小层面的物理学

研究人员此前曾描述过量子测量引擎的概念，但该理论从未在实验中得到证实。

在微观量子世界中，粒子表现出与我们所知的经典物理定律不相符的独特属性。乔丹和他的同事将使用超导电路设计可以在现实量子系统中进行的实验。通过这些实验，研究人员将研究能量、功、功率、效率、热量和熵的定律如何在量子水平上发挥作用。这些概念目前在量子力学中知之甚少。

微观电源任务

量子测量引擎可以在微观环境中工作，以完成非常小的功率任务​​，例如在原子周围移动或为小型电路充电。在这些能力中，它们可能是量子计算机的重要组成部分。

然而，这种类型的发动机目前不能用于为汽车提供动力。量子测量引擎中的功率以皮瓦为单位测量，1 皮瓦等于百万分之一瓦。相比之下，单个灯泡的功率约为 60 瓦。

“所涉及的功率标度 - 像皮瓦这样的数字 - 表明我们的人类利益与这些微型引擎之间存在巨大差距，”乔丹说。

乔丹说，为人类活动制造量子测量引擎的一种方法可能是“通过大规模并行化”。“每个设备只输出极少量的能量，但通过让数十亿个它们一起工作，你可以从头开始制造一个宏观引擎。”

一种新型燃料

乔丹和他的团队还将调查另一个主要研究领域：如何从使用纠缠作为燃料的系统中提取工作。在纠缠中——量子物理学的基本概念之一——一个粒子的属性与另一个粒子的属性相互关联，即使粒子相隔很远。使用纠缠作为燃料具有创造非本地引擎的可能革命性特征;引擎的一半可能在纽约，而另一半可能在加利福尼亚。能量不会被系统的任何一半所持有，但是这两个部分仍然可以共享能量以熟练地为两半提供燃料。

“我们将证明发动机在原则上可以非常高效，”乔丹说。“也就是说，能量从测量设备到量子系统的理想转移。”

基金会奖反映了量子技术作为国家和国际优先事项的重要性，以及罗切斯特在企业中的关键作用。该项目本身建立在罗切斯特在光学和物理学研究方面的悠久历史以及当前为更好地解开量子力学之谜所做的努力之上。

“罗切斯特大学在量子物理学方面拥有实力，确实是量子光学领域的发源地，”乔丹说。“我们拥有一批优秀的研究人员，量子物理学的历史遗产，以及大学对量子物理学的持续支持。”