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
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите его и нажимите Ctrl+Enter
Загрузка...
Также по теме
Добавить комментарий
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Или водите через социальные сети
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Свежие новости
Все новости
Последние комментарии
Бред.. По мнению "Коммерсанта" беларусы хотят объединится с Россией, но это далеко не так. Наш путь лежит не в Россию, а в ЕС, так как на, - Гость Алексей
Зачем так усложнять? Конституция то российская, а не мировая. Потому достаточно ввести изменения о неограниченном количестве раз участия в выборах, - Прохор
Папаша был... А уж доченька!? Мало того,что она дура,она еще совершенно без стыда.Отмороженная,смотреть и слушать противно эту..., - tovarih
А эта... не хочет вернуть наворованное папашкой? Вот всё, что Собчак наворовал за годы мэрства?, - Frezy Grant
Кто расстрелял Майдан: на Украине всплыл очередной свидетель кровавой бойни
Российские средства ПВО сожгли ударный беспилотник США стоимостью $17 млн
Порошенко обозвал Путина «мышиным королём» ополченцев Донбасса
Хазин о заблуждениях Платошкина
Истребители F-35 попали в ловушку российских систем С-300 и С-400 в Сирии
Лучшее за неделю
Фото
В Нацполиции установили, что убийцы Шеремета исповедовали культ арийской расы
С подачи Фарион: Украинские нацисты провели флешмоб с ножами, топорами и автоматами в окнах
Фалькович Евгения / Сексуальная репититорша "растлевает" и "заражает" учеников
В Польше поглумились над могилами бойцов УПА
Почему российские танки легче и меньше западных?