Феномен квантової заплутаності, який дозволяє двом фотонам взаємодіяти швидше за швидкість світла незалежно від відстані між ними, відкриває нові можливості для технологій майбутнього. Науковці з Академії наук Китаю продемонстрували, що цей принцип можна використати для створення квантових моторів і батарей, здатних забезпечити живлення для квантових комп’ютерів наступного покоління.
Принцип роботи квантових двигунів
На відміну від традиційних двигунів, які працюють на тепловому горінні, квантові двигуни використовують лазери для переходу частинок між квантовими станами, перетворюючи світло на кінетичну енергію. Дослідження показали, що квантова заплутаність може значно підвищити ефективність таких двигунів, перевищуючи обмеження класичної термодинаміки. Теоретично, ці двигуни можуть досягти ефективності перетворення енергії понад 25%, що достатньо для живлення великих квантових комп’ютерів і складних схем.
“Наше дослідження підкреслює першу експериментальну реалізацію квантового двигуна з властивостями заплутаності. Воно підтверджує, що заплутаність може виступати як свого роду паливо”, – зазначив Чжоу Фей, один із дослідників. Використовуючи ультрахолодні іони, замкнені в пастку, вчені спроектували термодинамічний цикл, що перетворює енергію зовнішнього лазера в коливальну енергію іонів. Дослідники вибрали як робочу речовину заплутані стани двох обертових іонів, які через точні налаштування лазерного імпульсу перейшли зі свого початкового стану у надзвичайно заплутані стани.
Результати досліджень
Під час понад 10 000 випробувань квантового двигуна вчені спостерігали за двома ключовими показниками: ефективністю перетворення, тобто тим, скільки коливань фотонів виробляється на кожен фотон, і механічною ефективністю, тобто кількістю енергії, яку можна використовувати. Результати показали, що чим вищий рівень заплутаності, тим більша механічна ефективність. Водночас з ефективністю перетворення такої кореляції не спостерігалося.
Висновки досліджень відкривають нові перспективи для розвитку мікроенергетичних пристроїв, таких як квантові мотори або батареї. Властивості заплутаності робочих матеріалів здатні підвищити максимум видобутої енергії, що може стати революційним кроком у сфері енергетики та квантових технологій. Це не лише підвищить ефективність існуючих систем, але й відкриє нові горизонти для досліджень та розвитку технологій майбутнього.