Квантовый двигатель обладает большей мощностью, чем его стандартные аналоги

Ученые сообщают, что квантовый двигатель использует странную физику очень маленьких объектов для производства большей мощности, чем стандартный или классический двигатель в тех же условиях.

«Они очень убедительно показали, что квантовая машина работает лучше, чем классическая», — говорит физик Марк Митчисон из Тринити-колледжа в Дублине. «Это очень важный шаг вперед».

Устройство представляет собой тип двигателя, называемый тепловым двигателем. Традиционные тепловые двигатели превращают тепло в движение. Например, двигатель внутреннего сгорания автомобиля сжигает топливо для перемещения поршней вверх и вниз, в результате чего автомобиль движется вперед.

Другие тепловые двигатели дают увеличение мощности. Но эти машины полагались на изменения в окружающей среде вне основной машины — например, источник тепла машины, возможно, был наделен полезными свойствами — поэтому дополнительная мощность не была полностью характерной особенностью самой машины.

В новом исследовании квантовый двигатель работает не путем сжигания бензина, а с помощью лазера, который заставляет электроны внутри крошечного дефекта кристалла алмаза перепрыгивать между уровнями энергии. И вместо движущихся поршней, квантовая машина выводит свою мощность в электромагнитных волнах.

Вот где появляется квантовая часть: объекты, которые ведут себя в соответствии с квантовой механикой, иногда находятся в подвешенном состоянии, известном как суперпозиция, что означает, что они оказываются в двух местах одновременно или в двух разных конфигурациях. Электрон в квантовом двигателе может находиться в суперпозиции двух энергетических уровней. Как будто поршень двигателя автомобиля одновременно бы находился в верхнем и нижнем положениях.

При определенных условиях это свойство, сообщают ученые, приводит к увеличению выходной мощности по сравнению с максимальной мощностью, возможной для традиционного теплового двигателя. «Это первый эксперимент, когда такой режим был достигнут», — говорит физик Роберто Серра из Федерального университета ABC в Санто-Андре, Бразилия.

Но исследователи «не имеют полной характеристики квантового двигателя», говорит Серра. Команда оценила выходную мощность двигателя, но не другие качества, такие как эффективность. Поэтому будущие эксперименты должны дополнительно исследовать этот тип машины.

Но не стоит ожидать, что эти квантовые двигатели будут питать транспортные средства или устройства в ближайшее время.

Вместо этого исследование раскрывает новые детали того, как квантовая механика взаимодействует с термодинамикой, теорией, которая управляет теплом, температурой и энергией. В этом случае новый двигатель открывает лазейку для ограничений по выработке электроэнергии. «Мы не изменили структуру термодинамики, но открыли новую ее часть», — говорят ученые.