Deux qubits, des bits quantiques, des systèmes à deux niveaux, glissent à travers les bains chaud et froid d'un champ thermique. L'un se déplace à 0,8 fois la vitesse de la lumière. À cet instant, la thermodynamique habituelle se fissure : un qubit en mouvement perçoit la température différemment d'un qubit au repos. Pour lui, le bain froid peut sembler plus chaud, et le bain chaud, plus froid. Ce n'est pas un tour de passe-passe, mais une conséquence directe de la relativité restreinte, et c'est précisément cela qui transforme le mouvement en carburant pour un moteur quantique.

Un moteur thermique classique est enfermé dans la cage de la limite de Carnot, un rendement maximal qui ne dépend que des températures des réservoirs. Dans le monde quantique, on a déjà appris à briser cette cage en fournissant au moteur des états thermiques comprimés. Ces nouveaux travaux vont plus loin : au lieu de réservoirs exotiques, on utilise le mouvement même du fluide de travail. Les qubits, en tant que détecteurs Unruh–DeWitt, des sondes quantiques ponctuelles sensibles au champ, se déplacent à vitesse constante, et cela suffit. Pas d'accélération, pas de géométrie courbe.

La température effective, celle que ressent l'objet en mouvement, se calcule à partir du bilan détaillé des transitions entre les niveaux du qubit. Elle dépend de la fréquence du qubit et de sa vitesse. En régime de haute température (βω ≪ 1), le qubit en mouvement perçoit toujours un bain plus froid que le réservoir, tandis qu'en régime de basse température (βω ≫ 1), il le perçoit plus chaud. Cela ouvre une possibilité paradoxale : un moteur qui, à l'arrêt, fonctionnerait comme un réfrigérateur, commence à produire un travail utile lorsqu'il est en mouvement. Le rendement à puissance maximale peut dépasser non seulement l'efficacité de Curzon–Ahlborn, mais aussi la limite de Carnot elle-même, définie par les températures au repos. Par exemple, lorsque le qubit B se déplace à travers le réservoir froid à une vitesse de 0,8c et avec un rapport de températures $β_A$/$β_B$ = 1/2, le rendement atteint des valeurs supérieures à $η_C$. Lorsque les températures des réservoirs sont égales, la limite standard de Carnot est nulle, mais le moteur relativiste produit tout de même un travail positif.

La production d'entropie reste non négative, la deuxième loi de la thermodynamique n'est pas violée. Le mouvement ne crée pas d'énergie à partir de rien, il la redistribue, un peu comme le vent gonfle les voiles. Avant ces travaux, on ne savait pas si le mouvement inertiel pouvait à lui seul servir de ressource pour améliorer l'efficacité sans violer la deuxième loi. Désormais, la réponse est oui. Et il suffit d'un mouvement uniforme simple, sans accélérations ni champs gravitationnels. Cela simplifie la mise en œuvre expérimentale et ouvre une nouvelle classe de machines thermiques quantiques où le contrôle de la vitesse permet d'ajuster l'efficacité sans modifier les températures des réservoirs.

À l'avenir, on pourra prendre en compte le coût énergétique du maintien du mouvement des qubits et l'influence en retour des détecteurs sur le champ. Il serait intéressant de généraliser à des trajectoires plus réalistes, y compris avec accélération, et d'étudier l'interaction avec un champ électromagnétique plutôt que scalaire. On peut aussi explorer des fluides de travail à plusieurs particules et des états intriqués pour améliorer encore les performances. Les prédictions pourraient être vérifiées dans des expériences avec des atomes en mouvement ou des qubits supraconducteurs simulant le mouvement relativiste via une modulation du couplage avec le réservoir. Ces travaux sont directement liés au problème fondamental de la définition de la température en thermodynamique relativiste et à la question des limites d'efficacité des machines thermiques quantiques avec des réservoirs hors équilibre.