Un nou motor cuantic are mai multă putere decât omologii săi standard

Pentru prima dată, un motor cuantic și-a depășit echivalentul tradițional, fără modificări speciale ale mediului său.

Dispozitivul valorifică fizica ciudată a obiectelor foarte mici pentru a produce mai multă putere decât un motor standard sau clasic în aceleași condiții, raportează oamenii de știință în 22 martie. Scrisori de revizuire fizică.

„Au arătat în mod foarte convingător că mașina cuantică are performanțe mai bune decât cea clasică”, spune fizicianul Mark Mitchison de la Trinity College Dublin. „Este un pas foarte important înainte.”

Dispozitivul este un tip de motor numit motor termic. Motoarele termice tradiționale transformă căldura în mișcare. De exemplu, motorul cu ardere internă al unei mașini arde combustibilul pentru a deplasa pistoanele în sus și în jos, ceea ce duce la mișcarea mașinii înainte. Alte motoare termice s-au lăudat cu creșteri de putere. Dar acele mașini s-au bazat pe ajustări ale mediului din afara mașinii principale – de exemplu, sursa de căldură a mașinii ar fi putut fi impregnată cu proprietăți benefice – astfel încât puterea suplimentară nu era în întregime o caracteristică a mașinii în sine.

În noul studiu, motorul cuantic nu funcționează prin aprinderea benzinei, ci prin utilizarea unui laser pentru a face ca un electron dintr-un mic defect al unui cristal de diamant să sară între nivelurile de energie. Și în loc să miște pistoanele, mașina cuantică își scoate puterea în unde electromagnetice.

Iată unde intervine partea cuantică: obiectele care se comportă conform mecanicii cuantice se găsesc uneori într-un limbo cunoscut sub numele de suprapunere, ceea ce înseamnă că sunt prinse în două locuri simultan sau în două configurații diferite. Electronul din motorul cuantic poate fi într-o suprapunere a două niveluri de energie. Este ca și cum pistonul unui motor de mașină se afla simultan în pozițiile sus și jos.

În anumite condiții, această proprietate, raportează oamenii de știință, are ca rezultat o putere crescută în comparație cu puterea maximă posibilă cu un motor termic tradițional. „Acesta este primul experiment în care s-a ajuns la acest tip de regim”, spune fizicianul Roberto Serra de la Universitatea Federală ABC din Santo André, Brazilia.

Dar cercetătorii „nu au o caracterizare completă a motorului cuantic”, spune Serra. Echipa a estimat puterea de ieșire a motorului, dar nu și alte calități, cum ar fi eficiența. Prin urmare, experimentele viitoare ar trebui să investigheze în continuare acest tip de mașină, spune el.

Creșterea cuantică a puterii apare doar atunci când motorul este acționat extrem de ușor, ca un motor de mașină în care pistoanele se mișcă doar puțin în timpul fiecărui ciclu. Asta înseamnă că mașina cuantică nu scoate din apă toți concurenții posibili, ci doar pe cei care sunt, de asemenea, operați în această stare blândă – ceea ce majoritatea nu sunt.

Deci, nu vă așteptați ca aceste motoare cuantice să alimenteze vehicule sau dispozitive în curând. „Dacă încerci să construiești o mașină sau un motor cu reacție… este absolut inutil”, spune fizicianul Ian Walmsley de la Imperial College London, un coautor al studiului.

În schimb, studiul dezvăluie noi detalii despre modul în care mecanica cuantică se îmbină cu termodinamica, teoria care guvernează căldura, temperatura și energia (SN: 19.3.16, str. 18). În acest caz, noul motor dezvăluie o lacună în limitele normale ale producției de energie. „Nu am schimbat structura termodinamicii, dar am deblocat o nouă parte din ea”, spune Walmsley.