Pour la première fois, un moteur quantique a surpassé ses concurrents classiques sans aucune astuce expérimentale. Mais disons tout de suite que nous parlons d’appareils microscopiques, nous n’avons donc pas encore à attendre une Tesla quantique.
Utilisant les lois de la mécanique quantique, le nouveau moteur a pu produire plus de puissance que les moteurs classiques standards dans les mêmes conditions (et à la même échelle), rapporte un article de recherche du 22 mars rédigé par une équipe de scientifiques de l'American Physical Society. ).
Dans leur étude, les scientifiques ont pu vérifier expérimentalement que l'une des principales propriétés d'un moteur thermique quantique est la capacité du fluide de travail (électron) à se trouver dans une superposition cohérente (interconnectée) (simultanément dans deux états ou plus). Et, comme prévu, à l’échelle d’un appareil microscopique, cela permet de produire plus de puissance que n’importe quel moteur thermique classique équivalent dans les mêmes conditions. Il a également été confirmé qu'au sein d'un même mode de fonctionnement, la présence d'une telle cohérence interne conduit au fait que différents types de moteurs thermiques quantiques deviennent thermodynamiquement équivalents, c'est-à-dire que « dans tous les cas où le travail provient de la chaleur, une quantité de on dépense une chaleur proportionnelle au travail reçu, et vice versa, avec la dépense de tel ou tel travail, on obtient la même quantité de chaleur », comme dirait le grand savant Rudolf Clasius.
Pour faire simple, les moteurs thermiques traditionnels transforment la chaleur en mouvement. Par exemple, dans les voitures, un moteur à combustion interne utilise l'énergie provenant de l'allumage du carburant pour entraîner les pistons, qui à leur tour transmettent l'énergie aux roues et les font tourner, provoquant le déplacement de la voiture. Il existe différentes variantes de moteurs thermiques, mais, en règle générale, une plus grande puissance est principalement obtenue grâce à un fonctionnement dans un environnement différent, à une application différente de la force, ainsi qu'à des modifications du carburant utilisé.
Dans la nouvelle étude, le moteur quantique utilise un principe de fonctionnement complètement différent : utiliser un laser visant des cristaux de diamant spécialement préparés présentant un petit défaut (lacune d'azote). Le laser transfère un électron situé dans le cristal (dans cette lacune) d'un niveau d'énergie à un autre, et au lieu de pistons, le moteur quantique produit de l'énergie sous la forme d'un champ électromagnétique.
Puisque le fluide de travail dans cette conception est un électron, les lois de la mécanique quantique entrent en jeu. Les objets ultra-petits, tels que les électrons, ont tendance à être dans plusieurs états en même temps, ce qu'on appelle la superposition, c'est-à-dire que si nous revenons à l'exemple d'un moteur classique, alors dans un moteur quantique, notre « piston » est simultanément dans les positions haute et basse. Dans notre cas de moteur quantique, l’électron se trouve simultanément à plusieurs niveaux d’énergie à un instant donné. Tout cela est également lié à la dualité onde-particule, cette même théorie magique de la physique quantique qui affirme que toute microparticule est aussi une onde.
Dans certaines conditions, cette propriété, comme le rapportent les scientifiques, conduit à une augmentation de la puissance de sortie, puisque théoriquement tous les éléments et processus à l'intérieur du moteur quantique sont dupliqués plusieurs fois. "C'est la première expérience où nous parvenons à réaliser ce mode de fonctionnement", explique le physicien Roberto Serra de l'Université fédérale ABC de Santo André, au Brésil.
Mais, comme dans le cas des ordinateurs quantiques, tout n'est pas si simple : un micromoteur expérimental peut encore difficilement être qualifié de mise en œuvre à part entière. Pour l’instant, l’équipe de scientifiques a évalué sa puissance, mais n’a pas encore analysé une qualité aussi importante que l’efficacité. Les expériences se poursuivront donc dans le futur.
Une caractéristique de ce type de moteur est aussi l'uniformité de fonctionnement, c'est-à-dire que les modes d'augmentation ou de diminution de puissance lui sont impossibles : elle reste constante, ce qui impose des restrictions supplémentaires à ces dispositifs déjà spécifiques. "Si vous essayez de construire une voiture ou un moteur à réaction... C'est complètement inutile", déclare le physicien Ian Walmsley de l'Imperial College de Londres, co-auteur de l'étude, commentant l'application pratique d'un moteur quantique dans les réalités actuelles.
Cependant, la recherche révèle de nouvelles facettes de la manière dont la mécanique quantique interagit avec la thermodynamique, une branche de la physique qui étudie la manière dont l’énergie est transférée et convertie. C’est dans ce domaine que le nouveau moteur ouvre une brèche pour surmonter les limitations imposées par la physique classique à la production d’électricité. « Nous n'avons pas modifié les lois de la thermodynamique, mais nous en avons découvert une nouvelle partie », explique Walmsley.
Source: 3dnews.ru
