一個(gè)國(guó)際研究小組首次測(cè)量了量子助推引擎的量子功率增長(zhǎng)。在發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)雜志上的論文中，該小組概述了他們?cè)诹孔又埔嫔系膶?shí)驗(yàn)，以及他們的研究成果。

       物理學(xué)家多年來一直在研究量子熱機(jī)——它們的工作方式類似于傳統(tǒng)的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，但它們的“工作流體”(其行為方式令人想起蒸汽機(jī)中的蒸汽)可以是相干疊加的。這使得該領(lǐng)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(jīng)典引擎更好。

       就在四年前，耶路撒冷希伯來大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)聲稱找到了答案，報(bào)告了一個(gè)理論，認(rèn)為量子引擎確實(shí)比傳統(tǒng)引擎更有效率。在這項(xiàng)新的努力中，研究人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，證明該理論是正確的。

       在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員從金剛石中心的氮空位(NV)開始構(gòu)建了一個(gè)量子熱機(jī)——他們認(rèn)為它的兩個(gè)最低能級(jí)表示量子比特的兩個(gè)級(jí)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(jí)發(fā)揮作用。研究人員將他們的NV置于磁場(chǎng)中，導(dǎo)致了能量水平反轉(zhuǎn)，代表了發(fā)動(dòng)機(jī)的初始狀態(tài)。通過在NV處發(fā)射微波脈沖來促使工作行程，這迫使量子比特以可調(diào)角度旋轉(zhuǎn)。量子比特的旋轉(zhuǎn)減少了團(tuán)隊(duì)所提取的NV中心的能量。然后研究人員向NV發(fā)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(fù)到初始狀態(tài)。

       研究人員重復(fù)實(shí)驗(yàn)100,000次，改變了循環(huán)時(shí)間。他們報(bào)告說，對(duì)于小量子比特旋轉(zhuǎn)角度，功率輸出遠(yuǎn)高于沒有相干性的相同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)——證明他們量子熱機(jī)比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)、高彈性模量、高熱導(dǎo)、高絕緣、寬能隙、高的聲傳播速率以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等，如下表。雖然天然金剛石具有這些獨(dú)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(zhì)的多變性和稀有性極大地限制了其應(yīng)用。而洛陽(yáng)譽(yù)芯金剛石制備的CVD金剛石膜將這些優(yōu)異的物理化學(xué)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(xué)、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。