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研究者たちは燃料のない遠い未来に向けて初の量子エンジンを構築中

量子力学は、原子や分子などの非常に小さなスケールでの粒子の特性と相互作用を研究する物理学の分野です。これにより、従来のものと比較してより強力で効率的な新技術の開発が生まれ、コンピューティング、通信、エネルギーなどの分野で画期的な進歩をもたらしました。 で 沖縄科学技術大学 (OIST)、 研究者 量子システムユニットの博士らは、カイザースラウテルン・ランダウ大学およびシュトゥットガルト大学の科学者と協力して、粒子が非常に小さなスケールで従う特別な規則に基づいてエンジンを設計および構築しました。 彼らは、を使用するエンジンを開発しました。 量子力学の原理 燃料を燃やす通常の方法ではなく、エネルギーを生成します。これらの結果を説明した論文は、OIST研究者のエロイサ・クエスタス博士と教授の共著です。 Thomas Busch の論文であり、Nature 誌に掲載されました。 クラシックカーのエンジンでは、通常、燃料と空気の混合物がチャンバー内で点火されます。爆発によって室内のガスが加熱され、ピストンが押し出されて、車の車輪を回転させる仕事が発生します。科学者たちは量子エンジンにおいて、熱の使用をガス粒子の量子的性質の変化に置き換えました。。この変化がどのようにエンジンに燃料を供給するかを理解するには、自然界のすべての粒子が、その特別な量子特性に基づいてボーソンまたはフェルミオンのいずれかに分類できることを知る必要があります。 量子効果が重要になる極低温では、ボソンはフェルミ粒子よりも低いエネルギー状態を持ち、このエネルギー差をモーターの駆動に利用できます。従来のエンジンのように、サイクル内でガスを加熱および冷却するのではなく、量子エンジンはボソンをフェルミ粒子に変換し、再びフェルミ粒子に変換することによって機能します。 «フェルミオンをボソンに変換するには、2 つのフェルミオンを取り出し、それらを結合して 1 つの分子にします。この新しい分子はボソンです。その崩壊により、フェルミ粒子を再び回収することができます。これを周期的に行うことで、熱を使わずにモーターに電力を供給することができます。」と教授は説明した トーマス・ブッシュ、量子システムユニットの責任者。このタイプのモーターは量子領域でのみ動作しますが、研究チームは、その効率が非常に高く、共同研究者がドイツで構築した現在の実験装置では最大 25% に達することができることを発見しました。 この新しいエンジンは、量子力学の分野におけるエキサイティングな開発であり、成長する量子技術の分野でさらなる進歩をもたらす可能性があります。 しかし、これは量子力学が自動車のエンジンに動力を供給するのが間もなく見られることを意味するのでしょうか?«これらのシステムは非常に効率的ですが、私たちは実験パートナーと概念実証を行っただけです。」と彼女は説明した キーシー・メノン。 「やあ有用な量子エンジンを構築するにはまだ多くの課題があります»。 温度が高くなりすぎると熱によって量子効果が破壊される可能性があるため、研究者はシステムをできるだけ低温に保つ必要があります。ただし、敏感な量子状態を保護するために、このような低温で実験を実行するには、かなりの量のエネルギーが必要です。 次の研究ステップには、システムの動作に関する基本的な理論的問題の解決、そのパフォーマンスの最適化、バッテリーやセンサーなどの他の広く使用されているデバイスへの潜在的な応用の探求が含まれます。さらに、最近、中国科学院のチームが別の重要な発見を発表しました。 量子もつれだけを利用した量子エンジン。 もつれは量子力学の特徴としてよく説明されますs.これは、粒子が互いに結合しすぎて、どれだけ離れていても、一方の状態がもう一方の状態に瞬時に影響を与える場合に発生します。時間は幻想であると示唆するためにそれを使用する人さえいます。研究者らは、イオンケージに閉じ込められたカルシウム原子を使用して、粒子が機能する際に高度に絡み合った状態に粒子を駆動するエンジンを設計した。このプロセスは 4 ストローク エンジンのプロセスと似ており、イオンがレーザーからの光子を吸収して膨張するときに始まります。次に、それらは量子電荷に付加され、圧縮されて次のサイクルに備えられます。レーザーの特性を微調整することで、チームはこの変換を驚くべき精度で達成することができ、もつれが量子エンジンの実行可能なエネルギー源になり得ることを実証しました。もちろん、これらのマシンを現実世界の状況で動作させるのは簡単ではありません。量子マシンは、絶対零度に近い温度で動作するなど、極限の条件が必要です。しかし、ここでの意味合いは興味深いものです。として テクノロジー 量子エンジンが成熟すれば、次世代の量子コンピュータに電力を供給できる可能性があります。[via] #研究者たちは燃料のない遠い未来に向けて初の量子エンジンを構築中