首次验证:量子引擎比传统发动机更高效!

2019-05-28 作者:科学研究   |   浏览(104)

一个国际研究小组首次测量了量子助推引擎的量子功率增长,在发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)的论文中,该小组概述了他们在量子助推引擎上的实验,以及他们的研究成果。物理学家多年来一直在研究量子热机——它们的工作原理与经典热机相似,但“工作流体”(其行为方式令人想起蒸汽机中的蒸汽)可以是相干叠加的。这让该领域的许多人怀疑,量子引擎是否真的能比我们每天看到的经典引擎表现得更好。

一个国际研究小组首次测量了量子助推引擎的量子功率增长,在发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)的论文中,该小组概述了他们在量子助推引擎上的实验,以及他们的研究成果。物理学家多年来一直在研究量子热机——它们的工作原理与经典热机相似,但“工作流体”(其行为方式令人想起蒸汽机中的蒸汽)可以是相干叠加的。这让该领域的许多人怀疑,量子引擎是否真的能比我们每天看到的经典引擎表现得更好。

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博科园-科学科普:就在四年前,耶路撒冷希伯来大学的一个研究小组声称已经找到了答案,报告了一个理论,该理论认为量子引擎确实可能更有效。在这项新研究中,研究人员进行的实验表明,该理论是正确的。在实验中,研究人员从钻石中心的氮空位开始构建了一个量子热机——两个最低能级代表一个量子位元的两个能级,在这种情况下,作为工作流体。两种热液的作用是由较高能级所起的作用。研究人员将他们NV置于磁场中,这导致了能量水平的反转,代表了发动机的初始状态。

博科园-科学科普:就在四年前,耶路撒冷希伯来大学的一个研究小组声称已经找到了答案,报告了一个理论,该理论认为量子引擎确实可能更有效。在这项新研究中,研究人员进行的实验表明,该理论是正确的。在实验中,研究人员从钻石中心的氮空位开始构建了一个量子热机——两个最低能级代表一个量子位元的两个能级,在这种情况下,作为工作流体。两种热液的作用是由较高能级所起的作用。研究人员将他们NV置于磁场中,这导致了能量水平的反转,代表了发动机的初始状态。

工作冲程是由向NV发射微波脉冲引起,这迫使量子位元以可调的角度旋转。量子比特旋转减少了团队所提取的NV中心能量。然后研究人员向NV发射了一束绿色激光,迫使量子位元水平与热浴耦合,使中心恢复到初始状态。研究人员重复实验10万次,改变周期。研究报告显示,对于小量子位旋转角度,功率输出比没有相干的同类型发动机要高得多,这表明他们的发动机比传统发动机效率更高。

工作冲程是由向NV发射微波脉冲引起,这迫使量子位元以可调的角度旋转。量子比特旋转减少了团队所提取的NV中心能量。然后研究人员向NV发射了一束绿色激光,迫使量子位元水平与热浴耦合,使中心恢复到初始状态。研究人员重复实验10万次,改变周期。研究报告显示,对于小量子位旋转角度,功率输出比没有相干的同类型发动机要高得多,这表明他们的发动机比传统发动机效率更高。

量子热机基本特性之一是工作流体内部状态具有相干叠加的能力,在小发动机作用的情况下,这种能力可以使量子热机产生比任何等效经典热机更多的功率。在相同状态下,这种内部一致性的存在会导致不同类型量子热机在热力学上等价。在这里,研究人员使用金刚石中的氮空位中心来实现两种类型的量子热机,并通过实验观察了这两种效果。

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博科园-科学科普|研究/来自: Copyright Science X Network/Bob Yirka/Phys

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