Ensimmäistä kertaa kvanttimoottori ylitti klassiset kilpailijansa ilman kokeellisia temppuja. Mutta sanotaanpa heti, että puhumme mikroskooppisista laitteista, joten meidän ei tarvitse vielä odottaa kvantti-Teslaa.
Kvanttimekaniikan lakeja käyttäen uusi moottori pystyi tuottamaan enemmän tehoa kuin tavalliset klassiset moottorit samoissa olosuhteissa (ja samassa mittakaavassa), raportoi 22. maaliskuuta julkaistu tutkimus, jonka on tehnyt The American Physical Societyn tutkijaryhmä ).
Tutkimuksessaan tutkijat pystyivät kokeellisesti varmistamaan, että yksi kvanttilämpömoottorin pääominaisuuksista on käyttönesteen (elektronin) kyky olla koherentissa (yhtenäisessä) superpositiossa (samanaikaisesti kahdessa tai useammassa tilassa). Ja kuten odotettiin, mikroskooppisen laitteen mittakaavassa tämä mahdollistaa enemmän tehon tuottamisen kuin mikään vastaava klassinen lämpömoottori samoissa olosuhteissa. On myös vahvistettu, että saman toimintatavan sisällä tällaisen sisäisen koherenssin esiintyminen johtaa siihen, että erityyppisistä kvanttilämpökoneista tulee termodynaamisesti vastaavia, eli "kaikissa tapauksissa, joissa työ tulee lämmöstä, saatuun työhön verrannollista lämpöä kuluu, ja päinvastoin, tämän tai toisen työn kulutuksella saadaan sama määrä lämpöä", kuten suuri tiedemies Rudolf Clasius sanoisi.
Yksinkertaisesti sanottuna perinteiset lämpömoottorit muuttavat lämmön liikkeeksi. Esimerkiksi autoissa polttomoottori käyttää polttoaineen syttymisestä saatavaa energiaa mäntien käyttämiseen, jotka puolestaan välittävät energiaa vetovoiman kautta pyörille ja pyörittävät niitä, jolloin auto liikkuu. Lämpömoottoreista on erilaisia muunnelmia, mutta pääsääntöisesti suurempi teho saavutetaan niissä pääasiassa toimimalla eri ympäristössä, erilaisella voimankäytöllä sekä muunnelmalla käytettyä polttoainetta.
Uudessa tutkimuksessa kvanttimoottori käyttää täysin erilaista toimintaperiaatetta: laserilla, joka on suunnattu erityisesti valmistettuihin timanttikiteisiin, joissa on pieni vika (typpivakanssi). Laser siirtää kiteessä sijaitsevan elektronin (tässä tyhjässä) energiatasolta toiselle, ja mäntien sijaan kvanttimoottori tuottaa tehoa sähkömagneettisen kentän muodossa.
Koska työneste tässä mallissa on elektroni, kvanttimekaniikan lait tulevat voimaan. Erittäin pienet esineet, kuten elektronit, ovat yleensä useassa tilassa samanaikaisesti, mitä kutsutaan superpositioksi, eli jos palataan esimerkkiin klassisen moottorin kanssa, niin kvanttimoottorissa "mäntämme" on samanaikaisesti sekä ylä- että ala-asennossa. Meidän tapauksessamme kvanttimoottorilla elektroni on samanaikaisesti usealla energiatasolla kerralla. Kaikki tämä liittyy myös aalto-hiukkasten kaksinaisuuteen, samaan kvanttifysiikan maagiseen teoriaan, joka väittää, että mikä tahansa mikrohiukkanen on myös aalto.
Tietyissä olosuhteissa tämä ominaisuus, kuten tutkijat raportoivat, johtaa lähtötehon kasvuun, koska teoriassa kaikki kvanttimoottorin elementit ja prosessit monistuvat monta kertaa. "Tämä on ensimmäinen koe, jossa olemme onnistuneet saavuttamaan tämän toimintatavan", sanoo fyysikko Roberto Serra ABC:n liittovaltion yliopistosta Santo Andréssa Brasiliassa.
Mutta kuten kvanttitietokoneiden tapauksessa, kaikki ei ole niin yksinkertaista: kokeellista mikromoottoria voidaan silti tuskin kutsua täysimittaiseksi toteutukseksi. Tällä hetkellä tutkijaryhmä on arvioinut sen tehoa, mutta ei ole vielä analysoinut sellaista keskeistä laatua kuin tehokkuus. Siksi kokeiluja jatketaan myös tulevaisuudessa.
Tämän tyyppisen moottorin ominaisuus on myös toiminnan yhtenäisyys, eli tilat, joissa teho kasvaa tai pienenee, ovat sille mahdottomia: se pysyy vakiona, mikä asettaa lisärajoituksia näille jo erityisille laitteille. "Jos yrität rakentaa autoa tai suihkumoottoria... Se on täysin hyödytöntä", sanoo fyysikko Ian Walmsley Imperial Collegesta London, tutkimuksen toinen kirjoittaja, kommentoi kvanttimoottorin käytännön soveltamista nykyisessä todellisuudessa.
Tutkimus paljastaa kuitenkin uusia puolia siitä, kuinka kvanttimekaniikka on vuorovaikutuksessa termodynamiikan kanssa, fysiikan haaran kanssa, joka tutkii energian siirtoa ja muuntamista. Juuri tällä alueella uusi moottori avaa porsaanreiän klassisen fysiikan sähköntuotannon rajoitusten voittamiseksi. "Emme muuttaneet termodynamiikan lakeja, mutta löysimme siitä uuden osan", Walmsley sanoo.
Lähde: 3dnews.ru
