Разработан экспериментальный квантовый двигатель
Ученые разработали экспериментальный квантовый двигатель. Он работает по принципу обычного автомобильного двигателя и основан на циклическом превращении фермионов и бозонов, которые имеют разные энергетические состояния. Эффективность установки достигла 25%. Однако для поддержания работы двигателя требуются сверхнизкие температуры. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Квантовая механика отличается от классической тем, что в ней свойства и поведение частиц рассматривается на уровне микромира. Это позволяет разрабатывать новые более мощные и эффективные технологии. Например, ученые пытаются создавать экспериментальные квантовые двигатели, которые преобразуют классическую тепловую энергию в механическую работу. Однако в недавнем исследовании авторы показали, что можно использовать неклассические формы энергии. Они разработали квантовый двигатель, работающий аналогично обычному механическому, используя физические свойства бозонов и фермионов.
Обычные автомобильные двигатели работают по следующему принципу: топливная смесь в камере воспламеняется при контакте с воздухом, выталкивает поршень наружу, при этом в камеру поступает новая смесь топлива, поршень опускается, смесь снова воспламеняется и так далее. По задумке ученых, квантовый двигатель будет работать по такому же принципу.
При очень низкой температуре бозоны имеют более низкое энергетическое состояние, чем фермионы. Поэтому разность в энергиях частиц можно использовать для питания двигателя. «Чтобы превратить фермионы в бозоны, вы можете взять два фермиона и объединить их в молекулу. Эта новая молекула является бозоном. Ее расщепление позволяет нам снова получить фермионы. Выполняя это циклически, мы можем приводить двигатель в действие без использования тепла», — рассказал Томас Буш из Окинавского института науки и техники. Очень важно поддерживать низкую температуру, потому что высокая температура может разрушить квантовые эффекты. На экспериментальной установке в Германии ученые использовали сверхтекучий газ из атомов лития Li. Уже сейчас такой двигатель производит 106 колебательных движений за цикл, а эффективность его достигает 25%.
Хотя с созданием квантового двигателя все еще много проблем, разработка может стать важным шагом к созданию очень эффективных технологий будущего.