traditioneel, warmtemotoren produceren warmte uit de uitwisseling tussen hogetemperatuur- en lagetemperatuurbaden. Nutsvoorzieningen, stel je een warmtemotor voor die op kwantumschaal werkt, en een systeem dat bestaat uit een atoom dat in wisselwerking staat met licht (fotonen) opgesloten in een reflecterende holte van subatomaire afmetingen. Deze opstelling kan zowel op een hoge als een lage temperatuur zijn, emuleren van de twee baden in conventionele warmtemotoren. Het beheersen van de parameters die van invloed zijn op hoe dergelijke modellen van kwantumwarmtemotoren werken, zou ons vermogen om de kwantumtoestanden van de gekoppelde atoomholte te manipuleren drastisch kunnen vergroten, en versnellen ons vermogen om kwantuminformatie te verwerken. Om dit te laten werken, we moeten nieuwe manieren vinden om de efficiëntie van kwantumwarmtemotoren te verbeteren.

In een studie gepubliceerd in EPJ D , Kai-Wei Sun en collega's van de Beihang University, Peking, China, laat methoden zien voor het regelen van het uitgangsvermogen en de efficiëntie van een kwantumthermische motor op basis van de holte met twee atomen. In het bekende warmtemotormodel op macroscopische schaal, aangeduid als de Carnot-warmtemotor, het rendement neemt toe als functie van de verhouding tussen de temperaturen van de lage- en hogetemperatuurbaden. Ter vergelijking, de efficiëntie van kwantumwarmtemotoren op twee niveaus is gerelateerd aan het niveau van kwantumverstrengeling in deze twee toestanden, die zich op een lage of een hoge temperatuur bevinden, en dezelfde kans op bezet weer te geven.

De auteurs ontdekten dat hun model met een warmtemotor alleen een hoog rendement en een hoog uitgangsvermogen oplevert als het aantal betrokken fotonen klein is; overeenkomstig, de efficiëntie en het vermogen nemen snel af naarmate het aantal fotonen toeneemt. Dit impliceert de noodzaak om het aantal fotonen te verminderen om de efficiëntie van deze motoren te verbeteren, zodat we de kwantummanipulatiekracht kunnen vergroten en kwantuminformatieverwerking kunnen realiseren op basis van atoomholtesystemen.