เซ็กซี่บาคาร่า เครื่องจักรขนาดเล็กสามารถหลบเลี่ยงแรงเสียดทานโดยใช้ทางลัดควอนตัม

การซ้อมรบดังกล่าวช่วยให้เครื่องยนต์ขนาดเล็กเหล่านี้ เซ็กซี่บาคาร่า มีประสิทธิภาพสูงสุดSANTA BARBARA, Calif. — เพื่อเลี่ยงการเสียดสี ลองใช้ทางลัดควอนตัม

นักฟิสิกส์สองทีมกำลังสร้างเครื่องจักรขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ตามอุณหพลศาสตร์ มีขีดจำกัดสูงสุดของประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่เรียกว่าเครื่องยนต์ความร้อนรวมถึงเครื่องยนต์ไอน้ำและเครื่องยนต์ในรถยนต์ ซึ่งจะเปลี่ยนความร้อนเป็นการเคลื่อนที่หรือพลังงานประเภทอื่นๆ ( SN: 3/19/16, p. 18 ) แต่เครื่องยนต์ในโลกแห่งความเป็นจริงไม่เคยไปถึงประสิทธิภาพสูงสุดนั้น และมักจะวิ่งต่ำกว่านั้นเพราะสูญเสียพลังงานจากการเสียดสี

ตอนนี้ การทดลองควอนตัมกำลังหลีกเลี่ยงข้อจำกัดที่เกิดจากแรงเสียดทานโดยใช้ทางลัดที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ นักฟิสิกส์ Adolfo del Campo และ Roberto Serra อธิบายการทดลองสองครั้งที่แยกจากกันในวันที่ 25 มิถุนายนและ 28 มิถุนายนที่การประชุม Quantum Thermodynamics ที่สถาบัน Kavli สำหรับฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาบาร์บาร่า

ทางลัดคือ “น้ำมันหล่อลื่นควอนตัมชนิดหนึ่ง” 

เซอร์ราแห่งมหาวิทยาลัยสหพันธ์ ABC ในเมืองซานโตอันเดร ประเทศบราซิล กล่าว เช่นเดียวกับวิธีที่น้ำมันสามารถลดแรงเสียดทานในเครื่องยนต์มาตรฐาน ปุ่มลัดเหล่านี้ขจัดความเสียดทานที่มีอยู่ในมาตราส่วนควอนตัม

เครื่องยนต์ทำความร้อนทำงานโดยการวนรอบหลายขั้นตอน ตัวอย่างเช่น กระบอกสูบของเครื่องยนต์รถยนต์ทำตามลำดับซึ่งรวมถึงการบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิงและอากาศ การอัด การเผาไหม้ การขยายตัว และการปล่อยไอเสีย

โดยปกติเพื่อหลีกเลี่ยงการเสียดสี จะต้องดำเนินการขั้นตอนเหล่านี้ช้ามาก ข้อจำกัดดังกล่าวส่งผลให้เกิดการแลกเปลี่ยน เพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องจักร แต่พลังของมันลดลง ปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนในระยะเวลาที่กำหนด นักฟิสิกส์ Masahito Ueda จากมหาวิทยาลัยโตเกียวซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าวว่า “แนวคิดของทางลัดคือการมีทั้งสองอย่างพร้อม ๆ กัน

Del Campo และเพื่อนร่วมงานรายงานขั้นตอนแรกสู่เครื่องยนต์ที่ไม่มีแรงเสียดทาน ซึ่งประกอบด้วยเมฆของอะตอมลิเธียมที่เย็นจัด ซึ่งจะขยายตัวและหดตัวในลักษณะที่ชวนให้นึกถึงลูกสูบของเครื่องยนต์รถยนต์ เพื่อหลีกเลี่ยงความขัดแย้ง นักวิจัยควบคุมคลาวด์อย่างระมัดระวัง ปล่อยให้ขยายช้าในตอนแรก แล้วเร่งความเร็วก่อนที่จะช้าลงอีกครั้ง เทคนิคนี้ส่งผลให้เกิดการทำงานที่ราบรื่น นักวิจัยรายงานในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 27 เมษายนในScience Advances

“โดยหลักการแล้ว สิ่งนี้ช่วยให้คุณใช้ทรัพยากรพลังงานของคุณให้เกิดประโยชน์สูงสุด” 

เดล กัมโปแห่งมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ บอสตันกล่าว เพื่อให้วงจรของเครื่องยนต์สมบูรณ์ เดล กัมโปและเพื่อนร่วมงานยังต้องหาวิธีในการทำความร้อนและทำให้คลาวด์เย็นลง ซึ่งงานในอนาคตจะมุ่งเน้น

ด้วยการใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกันมากโดยพิจารณาจากระดับพลังงานของนิวเคลียสคาร์บอนในโมเลกุลของคลอโรฟอร์ม Serra และเพื่อนร่วมงานได้สร้างเครื่องยนต์ควอนตัมแบบไม่มีแรงเสียดทานอีกประเภทหนึ่ง ด้วยคุณสมบัติควอนตัมที่เรียกว่าสปิน นิวเคลียสจึงเป็นแม่เหล็ก เมื่อวางไว้ในสนามแม่เหล็ก ซึ่งส่งผลให้มีระดับพลังงานที่เป็นไปได้สองระดับสำหรับนิวเคลียสคาร์บอน — หนึ่งที่ขั้วแม่เหล็กอยู่ในแนวเดียวกับสนาม และอีกระดับหนึ่งชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม แทนที่จะขยายและหดตัวทางกายภาพ Serra และเพื่อนร่วมงานได้เพิ่มและลดสนามแม่เหล็กซึ่งเปลี่ยนการแยกระหว่างระดับพลังงาน

หาก Serra และเพื่อนร่วมงานใช้เครื่องยนต์เร็วเกินไป แรงเสียดทานจะทำให้ประสิทธิภาพเหลือศูนย์ แต่ด้วยการปรับการสั่นของสนามแม่เหล็กที่ใช้กับโมเลกุล นักวิจัยได้ขจัดแรงเสียดทานและเครื่องจักรก็มีประสิทธิภาพสูงสุดประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ Serra รายงาน สำหรับการเปรียบเทียบ เครื่องยนต์ของรถยนต์มักจะทำงานที่ประสิทธิภาพประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์

การออกแบบทางลัดไม่ใช่เรื่องง่าย และเทคนิคนี้ใช้ได้กับระบบควอนตัมที่สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำเท่านั้น นักวิจัยยังไม่สามารถใช้เอ็นจิ้นสำหรับกระบวนการที่มีประโยชน์ใดๆ ได้ — แอปพลิเคชั่นใด ๆ อยู่ไกลในอนาคต แต่ในที่สุดเทคโนโลยีดังกล่าวอาจถูกควบคุมเพื่อสร้างตู้เย็นขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพ เช่น เพื่อทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเย็นลง

ลองนึกภาพโทรหาเพื่อนบนสายโทรศัพท์ที่ทำให้คุณเข้าใจผิด หากคุณส่งข้อความที่อ่านไม่ออกผ่านสายโทรศัพท์ที่ส่งเสียงดังอีกสาย ข้อความของคุณจะยังคงเป็นเพียงแค่เสียงรบกวน ซึ่งไม่จำเป็นต้องเป็นจริงเมื่อใช้สวิตช์ควอนตัม นักวิจัยแสดงให้เห็นว่า หากโฟตอนถูกส่งผ่านช่องสัญญาณที่มีเสียงดังสองช่องในลักษณะซ้อนทับกัน เช่น ข้ามช่อง A ก่อนช่อง B และ B ก่อน A พร้อมกัน ข้อมูลบางส่วนก็สามารถดึงออกมาได้ “นี่เป็นหนึ่งในสิ่งที่ฉันพบว่ามหัศจรรย์ที่สุด” Chiribella กล่าว

นอกจากจะเป็นโลหะแปลก ๆ แล้ว cuprates ยังมีชื่อเสียงอีกด้วย: ภายใต้เงื่อนไขบางประการcuprates กลายเป็นตัวนำยิ่งยวด ส่งกระแสไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทาน ( SN: 1/20/18, p. 11 ) ในขณะที่ตัวนำยิ่งยวดส่วนใหญ่จะต้องถูกทำให้เย็นลงจนเกือบเป็นศูนย์สัมบูรณ์ คัพเรตจะทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างมาก นั่นทำให้ตัวนำยิ่งยวดใช้งานได้ง่ายขึ้นในการใช้งานด้านเทคโนโลยี ซึ่งการขจัดความต้านทานอาจทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีประสิทธิภาพและทำงานได้ดีขึ้น การศึกษาโลหะแปลก ๆ สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจได้ดีขึ้นว่า cuprates superconduct ที่อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างไร เซ็กซี่บาคาร่า