Kvantový motor po prvýkrát prekonal svojich klasických konkurentov bez akýchkoľvek experimentálnych trikov. Ale povedzme hneď, hovoríme o mikroskopických zariadeniach, takže zatiaľ nemusíme čakať na kvantovú Teslu.
Pomocou zákonov kvantovej mechaniky bol nový motor schopný produkovať viac energie ako štandardné klasické motory za rovnakých podmienok (a v rovnakom rozsahu), uvádza sa vo výskume z 22. marca tímu vedcov z The American Physical Society Society. ).
Vedcom sa vo svojej štúdii podarilo experimentálne overiť, že jednou z hlavných vlastností kvantového tepelného motora je schopnosť pracovnej tekutiny (elektrónu) byť v koherentnej (prepojenej) superpozícii (súčasne v dvoch alebo viacerých stavoch). A ako sa očakávalo, v rozsahu mikroskopického zariadenia to umožňuje vyrábať viac energie ako ktorýkoľvek ekvivalentný klasický tepelný motor za rovnakých podmienok. Potvrdilo sa tiež, že v rámci toho istého prevádzkového režimu prítomnosť takejto vnútornej koherencie vedie k tomu, že rôzne typy kvantových tepelných motorov sa stávajú termodynamicky ekvivalentnými, to znamená „vo všetkých prípadoch, keď práca pochádza z tepla, množstvo spotrebuje sa teplo úmerné prijatej práci a naopak, vynaložením tej či onej práce sa získa rovnaké množstvo tepla,“ ako by povedal veľký vedec Rudolf Clasius.
Zjednodušene povedané, tradičné tepelné motory premieňajú teplo na pohyb. Napríklad v autách spaľovací motor využíva energiu zo zapálenia paliva na pohon piestov, ktoré následne prenášajú energiu cez pohon na kolesá a otáčajú ich, čím spôsobujú pohyb auta. Existujú rôzne variácie tepelných motorov, ale spravidla sa väčší výkon v nich dosahuje najmä prevádzkou v inom prostredí, inou aplikáciou sily, ako aj úpravami použitého paliva.
V novej štúdii kvantový motor využíva úplne iný princíp fungovania: pomocou lasera namiereného na špeciálne upravené kryštály diamantu s malým defektom (vakance dusíka). Laser prenáša elektrón nachádzajúci sa v kryštáli (práve v tomto prázdnom mieste) z jednej energetickej úrovne na druhú a namiesto piestov kvantový motor vyrába energiu vo forme elektromagnetického poľa.
Keďže pracovnou tekutinou v tomto dizajne je elektrón, do hry vstupujú zákony kvantovej mechaniky. Ultra malé objekty, ako sú elektróny, majú tendenciu byť v niekoľkých stavoch súčasne, čo sa nazýva superpozícia, to znamená, že ak sa vrátime k príkladu s klasickým motorom, potom v kvantovom motore je náš „piest“ súčasne v hornej aj dolnej polohe. V našom prípade s kvantovým motorom je elektrón súčasne na niekoľkých energetických úrovniach v jednom časovom bode. Toto všetko je tiež spojené s dualitou vlna-častica, tou istou magickou teóriou kvantovej fyziky, ktorá tvrdí, že každá mikročastica je tiež vlna.
Za určitých podmienok táto vlastnosť, ako uvádzajú vedci, vedie k zvýšeniu výstupného výkonu, pretože teoreticky sú všetky prvky a procesy vo vnútri kvantového motora mnohokrát duplikované. „Toto je prvý experiment, pri ktorom sa nám podarilo dosiahnuť tento spôsob prevádzky,“ hovorí fyzik Roberto Serra z Federálnej univerzity ABC v Santo André v Brazílii.
Ale ako v situácii s kvantovými počítačmi, všetko nie je také jednoduché: experimentálny mikromotor možno stále len ťažko nazvať plnohodnotnou implementáciou. V súčasnosti tím vedcov posúdil jeho výkon, ale zatiaľ neanalyzoval takú kľúčovú kvalitu, ako je účinnosť. Preto budú experimenty pokračovať aj v budúcnosti.
Charakteristickým rysom tohto typu motora je tiež jednotnosť prevádzky, to znamená, že režimy so zvýšením alebo znížením výkonu sú pre neho nemožné: zostáva konštantný, čo na tieto už špecifické zariadenia ukladá ďalšie obmedzenia. „Ak sa pokúsite postaviť auto alebo prúdový motor... Je to úplne zbytočné,“ komentuje fyzik Ian Walmsley z Imperial College London, spoluautor štúdie, praktickú aplikáciu kvantového motora v súčasnej realite.
Výskum však odhaľuje nové aspekty toho, ako kvantová mechanika interaguje s termodynamikou, odborom fyziky, ktorý študuje, ako sa energia prenáša a premieňa. Práve v tejto oblasti nový motor otvára medzeru na prekonanie obmedzení kladených klasickou fyzikou na výrobu energie. "Nezmenili sme zákony termodynamiky, ale objavili sme ich novú časť," hovorí Walmsley.
Zdroj: 3dnews.ru
