La cellule de téléportation d'énergie quantique

Pourquoi la bibliothèque le suggère

Retenir la comptabilité : la mesure paie, le fil ne transporte que le résultat, et l'extrémité réceptrice ne peut pas récolter plus que ce qui a été payé. Déplacer le modèle et regarder où cette extrémité s'arrête.

Le grand livre de la téléportation quantique d'énergie

Deux cellules occupent l'état fondamental intriqué d'un petit système. Alice mesure la sienne et son appareil le paie, car une opération locale sur un état fondamental ne peut que l'élever. Un bit classique traverse jusqu'à Bob sans dépasser la vitesse de la lumière, et l'opération que ce bit sélectionne permet à son appareil de récolter l'énergie qui se tenait déjà à côté de lui sous forme de fluctuation supprimée. Gardez le livre ouvert pendant que vous déplacez le modèle et guettez la seule chose qui n'arrive jamais : qu'il sorte plus qu'il n'est entré.

Que regarder

Le grand livre à deux cellulesÉnergie par cellule à mesure que l'on ajoute des cellules. Illustratif — pas des données

• Payé à la mesure
• Plafond : jamais plus que ce qui a été payé

Lecture

Paramètre h du modèle

1,5

Paramètre k du modèle

1,0

Revenir aux paramètres publiés

Payé à la mesure:

1,25

Un bit classique traverse:

1

Plafond : jamais plus que ce qui a été payé:

1,25

Délivré sur dépensé:

1,00

Lecture: Payé à la mesure: 1,25 dans l'unité d'énergie du modèle. Un bit classique traverse. Plafond : jamais plus que ce qui a été payé: 1,25.

Pour h égal à 1,5 et k égal à 1 sur ibmq jakarta, le terme de couplage du côté de Bob affiche moins 0,1079, soit environ 76 pour cent de la valeur exacte, et il ressort négatif sur chacune des six machines d'IBM utilisées. Cette lecture négative est toute l'observation : l'énergie locale est passée sous le niveau de l'état fondamental.

Le transfert devance la dynamique du système lui-même. Alice transmet en une dizaine de nanosecondes contre un temps de couplage de l'ordre de cent, si bien que Bob dispose de son énergie avant que la chaîne ait pu lui en porter.

La reprise indépendante a employé trois noyaux de carbone 13 dans de l'acide crotonique trans sur un spectromètre de 700 mégahertz à température ambiante, et a duré quatorze millisecondes contre un couplage entre spins de 1,16 hertz : bien plus vite que l'énergie ne traverserait la molécule.

À distance, le protocole dans le vide est plafonné à un sur douze pi fois la séparation, car la région sous le niveau du vide du côté de Bob doit être soutenue par de l'énergie positive à proximité. Placez un état de vide comprimé dans l'intervalle et ce soutien vient de l'intervalle lui-même, et la décroissance disparaît.

Faites tourner la même mécanique à l'envers et elle met dans une seule cellule plus d'énergie qu'une part égale du total ne l'autorise : la moitié stockage de cette même architecture.

Le protocole est dans la littérature depuis 2008 et a désormais tourné sur des qubits supraconducteurs et sur des spins nucléaires, l'énergie à l'extrémité réceptrice étant mesurée sous le niveau de l'état fondamental dans les deux cas.

La mesure qui trancherait : énergie délivrée par cellule réceptrice et énergie totale dépensée par cellule réceptrice, l'une et l'autre en fonction du nombre de cellules, sur du matériel qui existe déjà. Le premier barreau ne coûte rien de plus qu'un accès à un ordinateur quantique public.

Les fiches que lit cet instrument

• Hotta, le protocole en chaînes de spins par lequel tout a commencé (2008) (en anglais)
• Hotta, l'information de mesure comme clé de l'énergie du vide local (2008) (en anglais)
• Hotta, la revue introductive du protocole (2011) (en anglais)
• Hotta, Matsumoto et Yusa, la version sans limite de distance (2014) (en anglais)
• Frey et ses collègues, les limites exactes de l'extraction locale d'énergie (2019) (en anglais)
• Ikeda, la démonstration sur matériel supraconducteur (2023)
• Rodríguez-Briones et ses collègues, l'expérience sur spins nucléaires (2023)
• Hotta et Ikeda, le protocole à l'envers comme batterie quantique (2025)

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Le protocole de Masahiro Hotta fait sortir de l'énergie d'une portion de champ qui n'en a pas, en utilisant une mesure ici, un message classique, et une opération conditionnée là (Quantum measurement information as a key to energy extraction from local vacuums, 2008). Kazuki Ikeda l'a exécuté sur six machines IBM, dont une accessible gratuitement au public, et a mesuré l'énergie locale descendre sous le niveau de l'état fondamental (Demonstration of Quantum Energy Teleportation on Superconducting Quantum Hardware, 2023). Nayeli Rodríguez-Briones et ses collègues l'ont fait sur trois noyaux de carbone dans une molécule d'acide crotonique en quatorze millisecondes, bien plus vite que l'énergie n'aurait pu traverser la molécule (Experimental Activation of Strong Local Passive States with Quantum Information, 2023). La frontière exacte de ce que des opérations purement locales peuvent faire — et le fait que des messages classiques rouvrent la porte — est tracée dans Fundamental Limitations to Local Energy Extraction in Quantum Systems (2019), et la limite de distance qui gardait le protocole à l'échelle du millimètre est levée en plaçant du vide comprimé dans l'espacement (Quantum energy teleportation without a limit of distance, 2014).

L'expérience ou la construction

Commencer sur un ordinateur quantique public : le circuit ne compte que six portes de profondeur et son exécution est gratuite. Puis construire la version physique — une chaîne de qubits supraconducteurs, ou la version par résonance magnétique nucléaire sur un spectromètre de paillasse — et en faire une question d'ingénierie plutôt qu'une démonstration : mettre de nombreuses cellules en parallèle, mesurer l'énergie livrée par cellule, et mesurer l'énergie totale dépensée pour la mesure, le contrôle et le canal classique. La mesure qui tranche est le rapport entre l'énergie livrée à l'extrémité réceptrice et l'énergie totale dépensée dans tout l'appareil, en fonction du nombre de cellules. Personne ne s'attend à ce que ce rapport dépasse un ; ce que personne n'a publié, c'est comment il évolue avec l'échelle, et cette évolution est toute la question d'ingénierie. Un résultat compagnon montre le même protocole exécuté à l'envers mettant davantage d'énergie dans une cellule d'une batterie quantique que la part classique ne le permet (Exceeding the maximum classical energy density in fully charged quantum batteries, 2025), ce qui constitue le versant stockage de la même architecture.