Фізики створили унікальний квантовий двигун: "паливом" слугує те, що висміював Ейнштейн

Фізики давно намагаються створити двигуни, які могли б мати більшу ефективність, ніж наявні аналоги. Тепер же китайські вчені створили унікальний квантовий двигун, в основі роботи якого лежить квантова заплутаність. Новий підхід до створення квантового двигуна не допоміг поліпшити ефективність перетворення енергії наявних квантових двигунів, але показав, що квантова заплутаність покращує створення корисної енергії. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Popular Mechanics.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Фізики досі ще не повністю розуміють квантову заплутаність, але нове дослідження показало, що це явище може мати практичне застосування. Зокрема, фізики з Китайської академії наук створили перший у своєму роді квантовий двигун, в основі роботи якого лежить квантова заплутаність. Квантові двигуни використовують різні явища квантової механіки для створення механічного руху, але ще жодного разу для цього не використовували квантову заплутаність.

Явище у квантовій фізиці, яке висміював Ейнштейн

Квантова заплутаність — це явище, яке виникає, коли дві частинки перебувають у суперпозиції, тобто їхня інформація нерозривно пов'язана і це не залежить від відстані, яка їх розділяє. Простіше кажуть, дві частинки навіть не маючи близької взаємодії все одно впливають одна на одну і зміна властивостей однієї частинки змінити властивості іншої. Це явище не любив і висміював Альберт Ейнштейн, який називав це явище в квантовій фізиці моторошною дією на відстані.

У 2023 році японські фізики створили квантовий двигун, який працював за допомогою складної взаємодії ферміонів і бозонів у стані конденсату Бозе-Ейнштейна. Цей двигун створював енергію, замінюючи тепло квантовою природою елементарних частинок у газовому конденсаті за температури близької до абсолютного нуля. Двигун використовував перетворення газу в конденсат і назад замість різниці в теплі, як це відбувається у звичайних двигунах. Цей двигун мав ККД на рівні 25%, що непогано для квантового двигуна, але це не дозволяє його використовувати не під час експериментів, а на практиці.

Новий унікальний квантовий двигун

Для створення нового квантового двигуна на основі квантової заплутаності фізики використовували атоми кальцію в іонній пастці, і, по суті, двигун використовував термодинамічний процес, що відбувається, коли частки переходять із початкового стану в сильно заплутаний стан. При цьому двигун використовував різницю в заплутаності, а не в теплі, для створення енергії та механічного руху. Таким чином фізики вперше довели, що квантова заплутаність може слугувати "паливом" для квантового двигуна.

Новий квантовий двигун є аналогом чотиритактного двигуна. Спочатку атоми поглинають фотони лазера, потім розширюються, з'єднуються з квантовим навантаженням і стискаються. Як "паливо" квантового двигуна виступали квантово заплутані іони, що обертаються, а як квантове навантаження виступали їхні коливальні режими. Іони були переведені з початкового стану в стан підвищеної квантової заплутаності.

Новий підхід до створення квантового двигуна не міг поліпшити ефективність перетворення енергії попередніх квантових двигунів, але дослідження довело, що квантова заплутаність покращує створення корисної енергії. З'ясувалося, що підвищена квантова заплутаність допомагає створити підвищену механічну ефективність.

Цей квантовий двигун, як і подібні до нього, може працювати лише за температури близької до абсолютного нуля, тобто мінус 273 градуси Цельсія. Попри це досягнення квантові двигуни поки що мають дуже обмежену сферу застосування і ще потрібно покращити їхню ефективність, щоб їх можна було застосовувати на практиці.

Як уже писав Фокус, вчені вважають, що інопланетяни спілкуються між собою в космосі і їх можна підслухати. Дослідники вважають, що можна виявити повідомлення інопланетян, які проносяться між планетами.

Також Фокус писав про те, що фізики створили нову модель ранніх етапів життя Всесвіту, яка передбачає, що загадкова темна матерія була створена не після Великого вибуху, а ще до нього. Тобто спочатку Всесвіт не почався з точки сингулярності, а розширювався і досяг піку розширення якраз під час Великого вибуху.