Уникальный квантовый тепловой двигатель, превосходящий по эффективности классические аналоги, был разработан группой исследователей из разных стран.
Впервые международная группа ученых зафиксировала увеличение квантовой мощности в квантовом двигателе. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, ученые описывают свои эксперименты с квантовыми двигателями и то, что им удалось узнать.
Физики уже давно исследуют квантовые тепловые двигатели. Принцип их работы схож с классическими тепловыми двигателями, однако в качестве «рабочей жидкости», выполняющей роль пара в паровом двигателе, может использоваться когерентная суперпозиция. Это явление вызывает интерес у многих специалистов и заставляет их размышлять о возможности превосхода квантовых двигателей над классическими, созданными человеком сталкивается ежедневно?
Четыре года назад исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме заявили об обнаружении ответа на этот вопрос, представив теорию, согласно которой квантовые двигатели потенциально могут превосходить классические по эффективности. Новое исследование, основанное на серии экспериментов, подтвердило справедливость этой теории.
В процессе исследований ученые создали квантовый тепловой двигатель, используя азото-замещенную вакансию в центре алмаза (NV-центр предположили, два его нижних энергетических уровня соответствуют двум уровням кубитов и, таким образом, могут функционировать как рабочая среда. В качестве термальных ванн выступили более высокие энергетические уровни.
Помещение NV-центра в магнитное поле вызвало инверсию энергетических уровней, имитируя начальное состояние двигателя. Активация NV-центра микроволновым импульсом инициировала рабочий цикл заставило кубит вращаться под настраиваемым углом. Вращение кубита уменьшило количество энергии, полученной командой, в NV-центре. Затем ученые пустили в NV-центр зеленый лазер, заставив уровни кубитов объединиться с термальными ваннами. В результате центры вернулись в изначальное состояние.
Проведя эксперимент 100 тысяч раз с варьируемой продолжительностью циклов, исследователи зафиксировали, что выходная мощность при небольших углах поворота кубитов превышала показатели аналогичных двигателей без когерентности. По мнению ученых, это свидетельствует о более высокой эффективности их разработки по сравнению с классическими двигателями.