- Ученые Китайской академии наук разработали квантовый двигатель, работающий на основе запутанности — квантового свойства, позволяющего передавать информацию на огромные расстояния.
- Исследователи создали этот двигатель, поместив два атома кальция в ионную ловушку, облучая ее лазером и используя разницу в запутанности (а не тепло) для создания энергии.
- Эта концепция не улучшает эффективность преобразования предыдущих квантовых двигателей, но она доказывает, что повышенная запутанность положительно влияет на механическую эффективность.
Слово «квантовый» проникает практически во все аспекты современных технологий. Конечно, есть квантовые компьютеры , но также квантовые жесткие диски, квантовый интернет и, да, даже квантовые двигатели. Однако — как и в случае со всеми этими другими «квантовыми» технологиями — это не типичная ситуация поршня/сгорания. Вместо этого эти двигатели используют шаткие свойства квантовой механики, чтобы вызвать механическое движение.
Хотя это невероятно молодая технология, квантовые двигатели бывают нескольких разных видов. В прошлом году ученые из Окинавского института науки и технологий разработали квантовый двигатель, который использовал сложное взаимодействие фермионов и конденсатов Бозе-Эйнштейна . Он создавал энергию, заменяя тепло (типичный источник энергии двигателя ДВС) «квантовой природой частиц в газе», как гласило пресс-релиз того времени. Этот двигатель имел КПД 25 процентов — неплохо для первого раза, но далеко не для того, чтобы стать практическим двигателем.
Теперь ученые из Китайской академии наук разработали еще один метод создания квантового двигателя, используя другой вид квантовой причуды: запутанность. Плакат для всего «квантового», запутанность — это состояние, которое возникает, когда две частицы находятся в суперпозиции , что означает, что их информация неразрывно связана — независимо от расстояния между ними. В исследовании использовались атомы кальция в ионной ловушке, и в своей самой простой форме двигатель использовал термодинамический процесс, который происходит, когда частицы переходят из начального в сильно запутанное состояние. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters .
«Главным моментом нашего исследования является первая экспериментальная реализация квантового двигателя с запутанными характеристиками», — рассказал Чжоу Фэй, соавтор исследования, государственному информационному агентству South China Morning Post . «[Оно] количественно подтвердило, что запутанность может служить своего рода « топливом ».
Сайт IFLScience описывает этот процесс как аналог четырехтактного двигателя. Сначала атомы поглощают фотоны красного лазера . Затем они расширяются, соединяются с квантовой нагрузкой и сжимаются.
«Мы выбрали запутанные состояния двух вращающихся ионов в качестве рабочего вещества, а [их] колебательные моды действовали как нагрузка. Благодаря точной настройке частоты, амплитуды и длительности лазера ионы были переведены из своих первоначальных чистых состояний в сильно запутанные состояния», — сказал Чжоу в интервью South China Morning Post .
Этот новый метод не улучшил эффективность преобразования предыдущих квантовых двигателей, но исследование доказало, что запутанность может генерировать полезную энергию. Команда проанализировала более 10 000 экспериментов с использованием ионов кальция и обнаружила, что повышенные уровни запутанности создают улучшенную механическую эффективность.
Подобно квантовым компьютерам, эти «двигатели», работающие на запутанности, работают только при температурах, приближающихся к абсолютному нулю . Но дальнейшие исследования могут сделать эти двигатели и батареи способными питать мощные квантовые компьютеры и схемы. Только время покажет.