Traditionellt, värmemotorer producerar värme från utbytet mellan högtemperatur- och lågtemperaturbad. Nu, föreställ dig en värmemotor som arbetar i kvantskala, och ett system som består av en atom som interagerar med ljus (fotoner) innesluten i en reflekterande hålighet med subatomära dimensioner. Denna inställning kan antingen vara vid en hög eller låg temperatur, efterliknar de två baden som finns i konventionella värmemotorer. Att kontrollera parametrarna som påverkar hur sådana kvantvärmemotormodeller fungerar kan dramatiskt öka vår förmåga att manipulera kvanttillstånden i den kopplade atomkaviteten, och påskynda vår förmåga att bearbeta kvantinformation. För att detta ska fungera, vi måste hitta nya sätt att förbättra effektiviteten hos kvantvärmemotorer.

I en studie publicerad i EPJ D , Kai-Wei Sun och kollegor från Beihang University, Peking, Kina, visa metoder för att styra uteffekten och verkningsgraden hos en kvanttermisk motor baserad på tvåatomshåligheten. I den välbekanta värmemotormodellen i makroskopisk skala, kallas Carnot värmemotor, effektiviteten ökar som en funktion av förhållandet mellan låg- och högtemperaturbadens temperaturer. Som jämförelse, effektiviteten hos tvånivås kvantvärmemotorer är relaterad till nivån av kvantintrassling i dessa två tillstånd, som antingen har låg eller hög temperatur, och visar samma sannolikhet att vara upptagen.

Författarna fann att deras värmemotormodell endast ger hög verkningsgrad och uteffekt när antalet inblandade fotoner är litet; följaktligen, dess effektivitet och effekt minskar snabbt när antalet fotoner ökar. Detta innebär behovet av att minska antalet fotoner för att förbättra effektiviteten hos dessa motorer, så att vi kan öka kvantmanipulationskraften och realisera kvantinformationsbehandling baserad på atom-kavitetssystem.