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许多人知道，在量子力学里，测量会产生结果，改变了系统状态。显然的是，伴随这一测量过程，根据能量守恒定律，一定存在着某种能量和熵，才会足以系统状态的改变而产生结果。
如何提取这种能量和熵作为一种“驱动”的“发动机”？这是科学家们长期以来的梦想。犹如为一个利用内能做功的热机提供加热的热源，然而不同的是，这里的燃料不是热的，而是量子的。
发表在这一期的《物理评论快报》上的论文中，科学家最近实现了由纠缠和局部测量作为“燃料”的两量子位“发动机”，这一驱动装置的独特设计，将为热力学研究、新的量子技术的发展，开辟令人振奋的潜在应用。
该研究论文，题为：“以纠缠和局部测量为燃料的两比特引擎”。研究团队包括法国国家科学研究中心内尔研究所凝聚态物理研究实验室、美国圣路易斯大学和罗切斯特大学的科学家。
论文主导法国国家科学研究中心研究员、亚历克西娅·奥菲夫斯（Alexia Auffèves），她的研究团队在几年前开发了基于单量子位的量测发动机的概念验证。该研究是这种概念中的一个，它揭示了测量设备的强大功能。
到目前为止，通常使用经典的理论方法对测量过程进行建模。该研究迈出了大胆的一步，打开了测量设备的“黑匣子”，并从量子物理学的角度对其进行了研究。
该研究专门考虑了在要测量的系统和“量子仪器”之间建立量子相关性。该研究的最重要目标，是跟踪了这一过程中的能量和熵流，揭示了测量燃料的微观来源。
因此，研究人员专注于所谓的“复合系统”。他们的分析最终导致了基于纠缠量子比特的以测量为动力的发动机的设计。纠缠现象发生在一组粒子相互作用或保持连接，从而使一个粒子所执行的动作影响另一个粒子时，即使它们之间有很大的距离，也会发生纠缠。
研究人员提出的新引擎有两个量子比特。量子位是具有两个能量状态的量子系统：基态| 0>和激发态| 1>，当量子位在| 1>中进行测量时，研究人员可以确定地从中提取出一个光子能量量子。释放光子时，通过能量守恒使量子位回到| 0>。同样地，当量子位处于| 0>时，可以提供一个光子来激发它处于| 1>状态。
研究人员通过两个不同颜色的量子比特：一个红色和一个蓝色。红色量子位交换红色光子，蓝色量子位交换蓝色光子。然而，红色量子比特所携带的能量少于蓝色量子比特。
研究人员使用的协议最初为红色量子位提供一个红色光子，准备| 1a>，而蓝色量子位| 0b>。随后，量子位通过彼此交换光子而相互作用，从而纠缠在一起。
然后，研究人员测量了蓝色量子比特。如果在| 0b>中测量，将返回到初始状态，并且该过程将重新启动。如果在| 1b>中测量，则可以提取出一个蓝色光子。由于蓝色光子比红色光子具有更高的能量，因此可以从平均过程中获得能量。正如研究展示和分析的那样，这种能量来自测量设备。
该研究所提出的以测量为动力的发动机依靠一种复合工作物质，而纠缠在其加油机理中起着至关重要的作用。研究人员能够对量子测量带来的两种物理资源，即信息和燃料进行定量评估。此外，还研究了这些资源对发动机性能的影响。
当测量一个量子系统时，或者等效地，当在一个量子系统和一个量子仪之间建立起量子相关性时，该研究发现为基础的高能资源提供了新的见解。最初，这些结果在没有明确定义的温度的情况下是有效的，因为唯一考虑的噪声源就是测量本身。
该研究首次将以测量为动力的发动机扩展到复合工作物质，并提供动力机理的微观解释。该研究发现将有助于与热力学有关的概念扩展到量子噪声源，例如那些可能出现在低温恒温器内部的噪声源。
简言之，研究人员从相干交换单个激励的失谐量子比特中提取能量。研究证明了通过连续的相邻交换操作和局部测量，第一个量子位的低能量可以在最后一个量子位上转换为高能量。研究人员将本地测量建模为一个量子位与仪表的纠缠，然后将燃料确定为消除该量子位之间的相关性的高能成本。
该研究工作开辟一个全新的研究领域，研究人员将其称为“量子能量学”（quantum energetics）。该研究结果为量子力学中的测量提出了新的思路。量子系统的测量机制至今一直引起基础而本质的争论，这一量子能量学将可提供新的可测量量，为进一步解释量子力学提供基础。从更广泛的应用意义上来讲，这种量子测量和纠缠的能量足迹，将对量子技术及其潜在的可扩展性产生影响。
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