Группа физиков под руководством Джона Петерсона из Университета Ватерлоо Канады построила квантовый двигатель. Его коэффициент полезного действия близок к максимально возможному значению в своем классе.
Работа двигателя основывается на цикле Отто на топливе из ядер углерода с полуцелым спином. Они выделяют энергию за счет ядерного магнитного резонанса.
Цикл Отто
Это термодинамический цикл, который описывает работу двигателя внутреннего сгорания с воспламенением сжатой смеси от постороннего источника энергии.
Квантовый двигатель имеет холодильник и нагреватель. Роль первого выполняют низкочастотные моды радиоволн, а роль второго — высокочастотный радиосигнал вблизи Ларморовской частоты. Ядра углерода проходят процесс остужения в холодильнике, рабочее тело расширяют при помощи радиоволны, которая резонирует с ядерным спином. Затем ядра углерода нагревают. Это происходит при обмене теплотой с ядрами водорода, в котором водород выступает как переносчик тепла. Затем рабочее тело снова сжимают.
Стоит отметить, что максимальный КПД цикла Отто зависит от коэффициента сжимаемости, а его максимальное значение составляет около 44%. Эксперимент позволил достичь КПД 42%.
У квантового двигателя мощность значительно меньше, чем у классического, а полезная работа за цикл — всего несколько петаэлектронвольт или несколько тысячных ватта. Полученные данные же позволят развивать технологию создания квантовых тепловых машин, в том числе, квантового холодильника, необходимого для охлаждения квантовых компьютеров.
Кстати, в декабре Intel показала контроллер кубитов Horse Ridge, который способен работать даже при очень низких температурах с использованием транзисторов FinFET. Предполагается, что в будущем контроллер поможет масштабировать многокубитовые квантовые системы, и они будут достигать сотен тысяч и даже миллионов кубитов, а это приближает эпоху практических квантовых вычислений, так как избавляет машины от сложной и объемной системы коммуникаций.
См. также: «Квантовая физика: декогеренция»
