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A team at City University of Hong Kong set out to prove that a certain kind of energy transfer could not work. It ended up finding a quantum way to make it work. Led by Oscar Dahlsten, associate professor in the Department of Physics, the group reports the result in Physical Review Letters, where the paper is titled "Nonunique Decompositions of Mixed States and Deterministic Energy Transfers".
Une équipe de la City University of Hong Kong voulait démontrer qu'un certain type de transfert d'énergie ne pouvait pas fonctionner. Elle a fini par trouver une façon quantique de le rendre possible. Dirigée par Oscar Dahlsten, professeur associé au département de physique, le groupe publie ce résultat dans Physical Review Letters, où l'article est intitulé « Nonunique Decompositions of Mixed States and Deterministic Energy Transfers ».
Energy from natural sources often arrives with entropy, the physicists' word for randomness. That randomness is the problem: it makes the output hard to predict, and hard to turn into the steady power needed to charge a battery or run an electronic device. The study argues that a particular feature of quantum theory, the fact that a mixed state can be decomposed in more than one way, allows deterministic energy harvesting, or DEH. In this scheme, energy passes from source to harvester with no matching transfer of entropy.
L'énergie issue de sources naturelles arrive souvent accompagnée d'entropie, le mot des physiciens pour désigner l'aléatoire. C'est cet aléatoire qui pose problème : il rend la production difficile à prévoir, et difficile à transformer en puissance stable nécessaire pour charger une batterie ou faire fonctionner un appareil électronique. L'étude soutient qu'une propriété particulière de la théorie quantique, à savoir qu'un état mixte peut être décomposé de plusieurs façons, permet la récolte d'énergie déterministe, ou DEH. Dans ce schéma, l'énergie passe de la source au récupérateur sans transfert d'entropie correspondant.
The mechanism works like this. A quantum harvester can be charged along several paths, each passing through a different intermediate superposition state, a combination of states that quantum theory allows at once. As long as the source drives the harvester into one of those transitions, the harvester reaches its charged state with certainty. Different source states could therefore, the authors argue, deliver energy in a predictable way.
Le mécanisme fonctionne ainsi. Un récupérateur quantique peut être chargé selon plusieurs chemins, chacun passant par un état de superposition intermédiaire différent, c'est-à-dire une combinaison d'états que la théorie quantique autorise simultanément. Tant que la source pousse le récupérateur vers l'une de ces transitions, celui-ci atteint son état chargé avec certitude. Des états de source différents pourraient donc, selon les auteurs, fournir de l'énergie de manière prévisible.
"We initially set out to show that such a protocol might be impossible," Dahlsten said. "To our surprise, our efforts led us to a quantum solution that could achieve exactly the deterministic energy transfer we were looking for."
« Nous voulions au départ montrer qu'un tel protocole pourrait être impossible », a déclaré Dahlsten. « À notre surprise, nos efforts nous ont menés à une solution quantique capable de réaliser exactement le transfert d'énergie déterministe que nous cherchions. »
The result is a theoretical foundation, not a device. The preprint appeared on arXiv in 2025 and the journal version in 2026, and the study describes no prototype and no measurement. The team gives no date for a working component, and the step from equations to hardware is not described. The authors present the framework as a route to converting ambient energy into usable power with minimal loss.
Ce résultat constitue un socle théorique, pas un appareil. Le préprint est paru sur arXiv en 2025 et la version publiée dans la revue en 2026 ; l'étude ne décrit ni prototype ni mesure. L'équipe ne donne aucune date pour un composant fonctionnel, et le passage des équations au matériel n'est pas décrit. Les auteurs présentent ce cadre comme une voie pour convertir l'énergie ambiante en énergie utilisable avec des pertes minimales.
For the devices the authors name, the framework is aimed at internet of things sensors, wearables, smart-city sensors and 6G devices that could draw power from ambient sources. The framework also points to a possible way to cut the fundamental losses of conventional AC-to-DC rectifiers, the circuits that turn the alternating current of the grid or of a radio signal into the direct current electronics use. Whether that gain holds outside a paper is the next test, and no timeline has been set for it.
Pour les appareils cités par les auteurs, le cadre vise les capteurs de l'internet des objets, les objets connectés, les capteurs des villes intelligentes et les appareils 6G, susceptibles de puiser leur énergie dans des sources ambiantes. Le cadre suggère aussi une piste pour réduire les pertes fondamentales des redresseurs AC-DC classiques, ces circuits qui transforment le courant alternatif du réseau ou d'un signal radio en courant continu utilisé par l'électronique. Reste à savoir si ce gain tient en dehors de l'article : c'est le prochain test, et aucun calendrier n'a été fixé pour cela.