Tradicionalmente, motores de calor produzem calor a partir da troca entre banhos de alta e baixa temperatura. Agora, imagine uma máquina de calor que opera em escala quântica, e um sistema formado por um átomo interagindo com a luz (fótons) confinado em uma cavidade reflexiva de dimensões subatômicas. Esta configuração pode estar em uma temperatura alta ou baixa, emulando os dois banhos encontrados em motores térmicos convencionais. Controlar os parâmetros que influenciam como esses modelos de motor térmico quântico funcionam poderia aumentar drasticamente nosso poder de manipular os estados quânticos da cavidade atômica acoplada, e acelerar nossa capacidade de processar informações quânticas. Para que isso funcione, temos que encontrar novas maneiras de melhorar a eficiência dos motores térmicos quânticos.

Em um estudo publicado em EPJ D , Kai-Wei Sun e colegas da Universidade Beihang, Pequim, China, mostram métodos para controlar a potência de saída e a eficiência de um motor térmico quântico com base na cavidade de dois átomos. No modelo familiar de motor térmico em escala macroscópica, referido como o motor térmico de Carnot, a eficiência aumenta em função da razão entre as temperaturas dos banhos de baixa e alta temperatura. Por comparação, a eficiência dos motores térmicos quânticos de dois níveis está relacionada ao nível de emaranhamento quântico nesses dois estados, que estão em uma temperatura baixa ou alta, e apresentam a mesma probabilidade de estarem ocupados.

Os autores descobriram que seu modelo de motor térmico só produz alta eficiência e potência de saída quando o número de fótons envolvidos é pequeno; adequadamente, sua eficiência e potência diminuem rapidamente à medida que o número de fótons aumenta. Isso implica na necessidade de reduzir o número de fótons para melhorar a eficiência desses motores, para que possamos aumentar o poder de manipulação quântica e realizar o processamento de informações quânticas com base em sistemas de cavidades atômicas.