Ученые создали двигатель, работающий на основе принципов квантовой механики

Квантовая механика — это раздел физики, изучающий свойства и взаимодействие ичастиц в очень малых масштабах, таких как атомы и молекулы. Это привело к разработке новых технологий, более мощных и эффективных по сравнению с традиционными аналогами, что стало причиной прорыва в таких областях, как вычислительная техника, связь и энергетика.

В Окинавском институте науки и технологий (OIST) исследователи из группы квантовых систем совместно с учеными из Университета Кайзерслаутерна-Ландау и Университета Штутгарта разработали и создали двигатель, основанный на особых правилах, которым подчиняются частицы в очень малых масштабах.

Они разработали двигатель, который использует принципы квантовой механики для создания энергии вместо обычного способа сжигания топлива. Работа, описывающая эти результаты, написанная в соавторстве с исследователями OIST Кирти Менон, Элоизой Куэстас, Томасом Фогарти и профессором Томасом Бушем, опубликована в журнале Nature.

В классическом автомобильном двигателе обычно смесь топлива и воздуха поджигается внутри камеры. В результате взрыва происходит нагрев газа в камере, который, в свою очередь, толкает поршень внутрь и наружу, производя работу, вращающую колеса автомобиля.

В своем квантовом двигателе ученые заменили использование тепла изменением квантовой природы частиц в газе. Чтобы понять, как это изменение может привести двигатель в действие, необходимо знать, что все частицы в природе могут быть классифицированы как бозоны или фермионы в зависимости от их особых квантовых характеристик.

При очень низких температурах, когда квантовые эффекты становятся важными, бозоны имеют более низкое энергетическое состояние, чем фермионы, и эта разница в энергии может быть использована для питания двигателя. Вместо того чтобы циклически нагревать и охлаждать газ, как это делает классический двигатель, квантовый двигатель работает за счет превращения бозонов в фермионы и обратно.

Чтобы превратить фермионы в бозоны, можно взять два фермиона и объединить их в молекулу. Эта новая молекула и есть бозон. Разбив ее на части, мы можем снова получить фермионы. Циклически повторяя эти действия, мы можем питать двигатель без использования тепла, — пояснил профессор Томас Буш, руководитель группы квантовых систем.

Хотя этот тип двигателя работает только в квантовом режиме, группа обнаружила, что его эффективность достаточно высока и может достигать 25% при использовании экспериментальной установки, созданной сотрудниками в Германии.

Этот новый двигатель является интересным достижением в области квантовой механики и способен привести к дальнейшему прогрессу в бурно развивающейся области квантовых технологий. Но означает ли это, что в скором времени квантовая механика будет использоваться в двигателях наших автомобилей?

Хотя эти системы могут быть высокоэффективными, мы вместе с нашими коллегами-экспериментаторами провели лишь пробную версию концепции, — поясняет Кирти Менон.

В создании полезного квантового двигателя еще много проблем.

При слишком высокой температуре тепло может разрушить квантовые эффекты, поэтому исследователи должны поддерживать систему как можно более холодной. Однако это требует значительных затрат энергии для проведения эксперимента при таких низких температурах, чтобы защитить чувствительное квантовое состояние.

Следующие шаги в исследовании будут связаны с решением фундаментальных теоретических вопросов о работе системы, оптимизацией ее производительности и изучением возможности ее применения в других широко используемых устройствах, таких как батареи и датчики.

Фото: Mirijam Neve

27.09.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче

Исследователи из университета МИСИС усове...

Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание

При выборе материала для инфраструктурных...

В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ

Образовательное пространство Технологическое м...

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов

Новости компаний, релизы

40% профессионалов предпочитают работать удаленно с дачи
Гидрологи СПбГУ первыми в мире показали, что распределение микропластика в водах Ладожского озера зависит от температурного ...
Ученые Казанского аграрного университета нашли способ повысить урожайность картофеля в Татарстане
В Нижнем Новгороде проходит Шестой «ЯлФест-2024»
Президенту Узбекистана презентовали вертолет Ансат