一個國際研究小組首次測量了量子助推引擎的量子功率增長。在發表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)雜志上的論文中,該小組概述了他們在量子助推引擎上的實驗,以及他們的研究成果。
物理學家多年來一直在研究量子熱機——它們的工作方式類似于傳統的熱力發動機,但它們的“工作流體”(其行為方式令人想起蒸汽機中的蒸汽)可以是相干疊加的。這使得該領域的許多人想知道量子引擎是否真的比我們每天看到的經典引擎更好。
就在四年前,耶路撒冷希伯來大學的一個團隊聲稱找到了答案,報告了一個理論,認為量子引擎確實比傳統引擎更有效率。在這項新的努力中,研究人員進行了實驗,證明該理論是正確的。
在他們的實驗中,研究人員從金剛石中心的氮空位(NV)開始構建了一個量子熱機——他們認為它的兩個最低能級表示量子比特的兩個級別。在這種情況下,作為工作流體。兩種熱液的作用是由較高的能級發揮作用。研究人員將他們的NV置于磁場中,導致了能量水平反轉,代表了發動機的初始狀態。通過在NV處發射微波脈沖來促使工作行程,這迫使量子比特以可調角度旋轉。量子比特的旋轉減少了團隊所提取的NV中心的能量。然后研究人員向NV發射了一束綠色激光,迫使量子位元水平與熱浴耦合,使中心恢復到初始狀態。
研究人員重復實驗100,000次,改變了循環時間。他們報告說,對于小量子比特旋轉角度,功率輸出遠高于沒有相干性的相同類型的發動機——證明他們量子熱機比傳統發動機更有效。
金剛石是自然界存在的特殊材料之一,具有最高的硬度、低摩擦系數、高彈性模量、高熱導、高絕緣、寬能隙、高的聲傳播速率以及良好的化學穩定性等,如下表。雖然天然金剛石具有這些獨一無二的特性,但是它們一直僅僅是以寶石的形式存在,其性質的多變性和稀有性極大地限制了其應用。而洛陽譽芯金剛石制備的CVD金剛石膜將這些優異的物理化學性能集一身,且成本較天然金剛石低,能夠制備各種幾何形狀,在電子、光學、機械等工業領域有廣泛的應用前景。