Вперше квантовий двигун перевершив своїх класичних конкурентів без будь-яких експериментальних трюків. Але, скажемо відразу, мова йде про мікроскопічних пристроях, тому квантову Tesla чекати нам поки що не доводиться.
Використовуючи закони квантової механіки, новий двигун зміг показати велику потужність, ніж стандартні - класичні двигуни в тих же умовах (і в тому ж масштабі), повідомляють в дослідницькій роботі від 22 березня, виконаної колективом вчених з Американського Фізичного Товариства (англ. Американське фізичне товариство).
У своєму дослідженні вчені змогли експериментально переконатися, що одним з основних властивостей квантового теплового двигуна є здатність робочого тіла (електрона) перебувати в когерентної (взаємозалежної) суперпозицію (одночасно в двох або більше станах). І, як і очікувалось, в масштабах мікроскопічного пристрою це дозволяє виробляти більше потужності, ніж у будь-якого еквівалентного класичного теплового двигуна в тих же умовах. Також було підтверджено, що в рамках одного режиму роботи наявність такої внутрішньої когерентності призводить до того, що різні типи квантових теплових двигунів стають термодинамічно еквівалентними, тобто «в усіх випадках, коли з теплоти з'являється робота, витрачається пропорційне отриманої роботі кількість теплоти, і навпаки, при витраті тієї чи іншої роботи виходить той же кількість тепла », - як сказав би великий вчений Рудольф Клазіус.
У новому дослідженні квантовий двигун використовує зовсім інший принцип роботи: за допомогою лазера, спрямованого на спеціально підготовлені алмазні кристали з невеликим дефектом (азотної вакансією). Лазер переводить електрон, розташовується в кристалі (в цій самій вакансії), з одного енергетичного рівня на інший, а замість поршнів квантовий двигун виробляє потужність в вигляді електромагнітного поля.
Так як робочим тілом в даній конструкції є електрон, то в справу вступають закони квантової механіки. надмалі об'єкти, такі як електрони, мають властивість перебувати відразу в декількох станах одночасно, що називається суперпозицією, тобто якщо повертатися до прикладу з класичним двигуном, то в квантовому двигуні наш «поршень» одночасно і в верхньому, і в нижньому положенні. У нашому випадку з квантовим двигуном електрон знаходиться одночасно на декількох енергетичних рівнях в один момент часу. Все це також пов'язано з корпускулярно-хвильовим дуалізмом, тієї самої чарівної теорією квантової фізики, яка стверджує, що будь-яка мікрочастинка - це ще й хвиля.
При певних умовах це властивість, як повідомляють вчені, призводить до збільшення вихідної потужності, так як теоретично все елементи і процеси всередині квантового двигуна багаторазово дублюються. «Це перший експеримент, коли ми змогли досягти такого режиму роботи », - каже фізик Роберто Серра з Федерального університету ABC в Санто-Андре, Бразилія.
Але, як і в ситуації з квантовими комп'ютерами, все не так просто: експериментальний мікродвигун ще складно назвати повноцінною реалізацією. На даний момент команда вчених оцінила його вихідну потужність, але ще не проаналізувала таке ключове якість, як ефективність. Тому в майбутньому експерименти триватимуть.
Особливістю цього типу двигунів також є і рівномірність роботи, тобто для нього неможливі режими зі збільшенням або падінням потужності: вона залишається постійною, що накладає на дані і без того специфічні пристрої додаткові обмеження. «Якщо ви спробуєте побудувати автомобіль або реактивний двигун … Це абсолютно марно », - каже фізик Ян Уолмслі з Імперського коледжу Лондона, співавтор дослідження, коментуючи можливість практичного застосування квантового двигуна в поточних реаліях.
Проте, дослідження відкриває нам нові грані того, як квантова механіка взаємодіє з термодинаміки - розділом фізики, досліджує способи передачі і перетворення енергії. Саме в цій області новий двигун відкриває лазівку для подолання обмежень, накладених класичної фізикою на генерацію потужності. «Ми не змінили закони термодинаміки, але відкрили нову її частина», - каже Уолмслі.
