В реальных физических процессах часть энергии всегда теряется за счет трения, особенно в процессах, включающих в себя механическое движение. В новом исследовании Королевского университета Белфаста (Великобритания) физики рассказали о двигателе, который работает с нулевым трением и в то же время производит энергию за счет использования некоторых квантовых методов.
Законы термодинамики успешно описывают принципы работы и выделения энергии самых разнообразных систем от холодильников до черных дыр при условии, что системы являются макроскопическими. Для квантовых технологий микро- и наномасштаба квантовые флуктуации становятся более ощутимыми. Как показали предыдущие исследования, квантовые эффекты требуют полного переосмысления законов термодинамики.
Как должна выглядеть квантовая версия термодинамики физикам пока не ясно. Тем не менее, для ученых основной вопрос уже звучит как возможно ли построить обратимый квантовый двигатель, в котором работа двигателя может быть реверсирована без диссипации энергии.
В новой работе физики показали пример «супер-адиабатического» квантового двигателя. Двигатель использует квантовые методы, чтобы достичь состояния, которое обычно достигается только в адиабатических процессах. Этот двигатель может достичь состояния полного отсутствия трения и в то же время сгенерировать некоторое количество энергии.
«Эта работа является одним из первых шагов в слиянии квантового управления и термодинамики, — сказал Мауро Патерностро (Mauro Paternostro). — Мы уверены, что в дальнейшем наши разработки можно использовать в проектировании микро- и нанодвигателей».
