Новый квантовый двигатель обладает большей мощностью, чем его традиционные аналоги



Впервые квантовый двигатель превзошел своих классических конкурентов без каких-либо экспериментальных трюков. Но, скажем сразу, речь идёт о микроскопических устройствах, поэтому квантовую Tesla ждать нам пока что не приходится.

Используя законы квантовой механики, новый двигатель смог показать большую мощность, чем стандартные — классические двигатели в тех же условиях (и в том же масштабе), сообщают в исследовательской работе от 22 марта, выполненной коллективом учёных из Американского Физического Общества (англ. The American Physical Society).

В своём исследовании учёные смогли экспериментально убедиться, что одним из основных свойств квантового теплового двигателя является способность рабочего тела (электрона) находиться в когерентной (взаимосвязанной) суперпозиции (одновременно в двух или более состояниях). И, как и ожидалось, в масштабах микроскопического устройства это позволяет производить больше мощности, чем у любого эквивалентного классического теплового двигателя в тех же условиях. Также было подтверждено, что в рамках одного режима работы наличие такой внутренней когерентности приводит к тому, что различные типы квантовых тепловых двигателей становятся термодинамически эквивалентными, то есть «во всех случаях, когда из теплоты появляется работа, тратится пропорциональное полученной работе количество теплоты, и наоборот, при затрате той или иной работы получается то же количество тепла», — как сказал бы великий ученый Рудольф Клазиус.

Если говорить проще, то традиционные тепловые двигатели превращают тепло в движение. Например, в автомобилях двигатель внутреннего сгорания использует энергию от воспламенения топлива для того, чтобы приводить в движение поршни, которые в свою очередь через привод передают энергию на колёса и вращают их, благодаря чему автомобиль движется. Существуют разные вариации тепловых двигателей, но, как правило, большая мощность в них преимущественно достигается за счет работы в иной среде, ином приложении силы, а также модификациях используемого топлива.

В новом исследовании квантовый двигатель использует совершенно иной принцип работы: при помощи лазера, направленного на специально подготовленные алмазные кристаллы с небольшим дефектом (азотной вакансией). Лазер переводит электрон, располагающийся в кристалле (в этой самой вакансии), с одного энергетического уровня на другой, а вместо поршней квантовый двигатель производит мощность в виде электромагнитного поля.

Так как рабочим телом в данной конструкции является электрон, то в дело вступают законы квантовой механики. Сверхмалые объекты, такие как электроны, имеют свойство находиться сразу в нескольких состояниях одновременно, что называется суперпозицией, то есть если возвращаться к примеру с классическим двигателем, то в квантовом двигателе наш «поршень» одновременно и в верхнем, и в нижнем положении. В нашем случае с квантовым двигателем электрон находится одновременно на нескольких энергетических уровнях в один момент времени. Всё это также связано с корпускулярно-волновым дуализмом, той самой волшебной теорией квантовой физики, которая утверждает, что любая микрочастица — это ещё и волна.

При определённых условиях это свойство, как сообщают ученые, приводит к увеличению выходной мощности, так как теоретически все элементы и процессы внутри квантового двигателя многократно дублируются. «Это первый эксперимент, когда мы смогли достичь такого режима работы», — говорит физик Роберто Серра из Федерального университета ABC в Санто-Андре, Бразилия.

Но, как и в ситуации с квантовыми компьютерами, всё не так просто: экспериментальный микродвигатель ещё сложно назвать полноценной реализацией. На данный момент команда учёных оценила его выходную мощность, но ещё не проанализировала такое ключевое качество, как эффективность. Поэтому в будущем эксперименты будут продолжаться.

Особенностью этого типа двигателей также является и равномерность работы, то есть для него невозможны режимы с увеличением или падением мощности: она остаётся постоянной, что накладывает на данные и без того специфичные устройства дополнительные ограничения. «Если вы попробуете построить автомобиль или реактивный двигатель ... Это совершенно бесполезно», — говорит физик Ян Уолмсли из Имперского колледжа Лондона, соавтор исследования, комментируя возможность практического применения квантового двигателя в текущих реалиях.

Тем не менее, исследование приоткрывает нам новые грани того, как квантовая механика взаимодействует с термодинамикой — разделом физики, исследующем способы передачи и превращения энергии. Именно в этой области новый двигатель открывает лазейку для преодоления ограничений, наложенных классической физикой на генерацию мощности. «Мы не изменили законы термодинамики, но открыли новую её часть», — говорит Уолмсли.







источник
+1
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо зайти на сайт под своим именем.
Загрузка...
0 комментариев
Ваше имя: *
Ваш e-mail: *

Подписаться на комментарии | Информация о персональных данных.

pinbot
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
PIN: ----
Свежие новости
04:34
Россия и Китай обижают США в Африке
04:06
Диверсионная сеть: зачем Украина ведет подрывную деятельность против Беларуси
03:57
Египет-2019: «Русским импортные напитки не наливать»
03:51
Китайские ракеты у границы России: на кого они направлены
02:23
Россия в глубокой тайне спасает авиапром Украины
02:09
Боевая тревога: российские Су-35С вылетели на перехват F-16 в Сирии
01:57
Феноменальную маневренность Су-35С засняли на видео
01:50
Россия не пустила норвежский лайнер в Арктику
00:04
Польша отказалась быть главным врагом России
22:24
Украину готовят к «остаточно прощавай» – всему
22:14
Москва отказалась возвращаться в фантомную организацию G8
22:00
Зачем молодые японки постоянно носят подгузники
21:27
Бесславные гуманоиды. Украина в иной цивилизации
20:33
Через 16 дней после прекращения ДРСМД, США запускает запрещенную ракету
20:29
Госдума: вмешательство Запада в дела России не останется без внимания
20:01
Израиль «мутит воду» в Персидском заливе
20:00
Китайские туристы ответили на санкции США и поехали в Россию
19:59
Эксперт: французские политики выступают за интеграцию России в Европу
19:08
Зеленский готовит «налоговую революцию»: потянут ли ее украинцы?
18:02
МиГ-31БМ забрались в ближний космос
18:00
Пентагон Трампу: ты как маленький, из-за России морская блокада Венесуэлы невозможна
17:47
Прикрываясь ребенком, Соболь сбежала из Москвы
17:35
Жители страны невыполненных обещаний скоро начнут искать нового хозяина
16:47
Борис Джонсон проведет жесткий брексит, пожертвовав британскими фермерами
16:21
Эксперт высмеял британские «свидетельства» участия российских военных в боях под Иловайском
Все новости