درهم‌تنیدگی کوانتومی، نیروی محرکه‌ای برای آینده انرژی

1

درهم‌تنیدگی کوانتومی، به جای نفت یا زغال‌سنگ، موتور نوع جدیدی را قدرت می‌بخشد.

فناوری کوانتومی در سال‌های اخیر به دلیل پیشرفت‌هایی مانند کامپیوترهایی که از ویژگی‌های اتمی بهره می‌برند، هارد درایوهایی که اطلاعات را در حالت‌های غیرمعمول ذخیره می‌کنند، و اکنون موتوری که قوانین قدیمی را کنار می‌زند، توجه زیادی را به خود جلب کرده است.

این موتورها هیچ چیز را نمی‌سوزانند و از گرما هم تغذیه نمی‌کنند. بلکه، نیروی محرک خود را از رفتار غیرعادی ذرات بسیار کوچک به دست می‌آورند.

فیزیک کوانتومی: صحنه‌ساز این فناوری جدید

فیزیک کوانتومی بیشتر به آنچه در کوچک‌ترین مقیاس‌ها رخ می‌دهد، توجه دارد، نه به اجسام بزرگ. این شاخه از علم، اتم‌ها، مولکول‌ها و ذرات زیراتمی را بررسی می‌کند که قوانین روزمره را دنبال نمی‌کنند. نتیجه این بررسی‌ها ابزارهایی جدید بوده‌اند که به حل مشکلاتی کمک می‌کنند که قبلاً غیرممکن به نظر می‌رسید.

این پژوهش که توسط کیرثی منون، دکتر الویزا کوئستاس، دکتر توماس فاگارتی و پروفسور توماس بوش انجام شده است، در مجله Nature منتشر شده است.

سرآغاز ساده موتور کوانتومی

دانشمندانی از مؤسسه علم و فناوری اوکیناوا (OIST) با همکاری تیم‌هایی از دانشگاه کایزرسلاترن-لانداو و دانشگاه اشتوتگارت، موتوری طراحی کردند که مشابه ماشین‌های پر سر و صدای زیر کاپوت خودرو نیست.

آن‌ها ترفندی از دنیای کوانتوم برداشتند: استفاده از درهم‌تنیدگی.

درهم‌تنیدگی کوانتومی دهه‌هاست که دانشمندان را گیج کرده است. آلبرت اینشتین این پدیده را “عمل شبح‌وار از راه دور” نامیده بود.

ذراتی که قوانین را می‌شکنند

در زندگی روزمره، هیچ چیزی سریع‌تر از نور حرکت نمی‌کند. اما ذرات درهم‌تنیده به گونه‌ای به هم پیوند می‌خورند که آنچه برای یکی رخ می‌دهد، به نظر می‌رسد دیگری را بلافاصله تحت تأثیر قرار می‌دهد، حتی اگر فاصله زیادی بین آن‌ها باشد.

در ماشین‌های معمولی، یک پیستون با انبساط گازهای داغ حرکت می‌کند. اما در موتور کوانتومی، حرکت از تغییر رفتار ذرات به دست می‌آید.

ذرات به دو دسته تقسیم می‌شوند: بوزون‌ها و فرمیون‌ها. در دماهای بسیار پایین، بوزون‌ها به حالت‌های انرژی پایین‌تر نسبت به فرمیون‌ها می‌روند.

این تفاوت انرژی کلید کارکرد این موتور است. به جای آتش و گرما، تبدیل بوزون‌ها به فرمیون‌ها و برعکس می‌تواند کار انجام دهد.

موتوری بدون سوزاندن سوخت

یک موتور معمولی سوخت را می‌سوزاند، اما موتور کوانتومی این مرحله را حذف می‌کند. این موتور از تغییر نوع ذرات و استفاده از تفاوت انرژی حاصل از آن بهره می‌برد.

در حال حاضر، این نوع موتور تنها در رژیم کوانتومی کار می‌کند. اما تیم تحقیقاتی متوجه شده‌اند که بازدهی آن نسبتاً بالا است و در شرایط آزمایشی موجود در آلمان به ۲۵٪ می‌رسد.

این یافته‌ها نشان می‌دهند که اثرات کوانتومی تنها عجایب کتاب درسی نیستند و می‌توانند کاربردی باشند، البته فعلاً در شرایط کنترل‌شده آزمایشگاهی.

چالش‌های پیش رو

دستگاه‌های کوانتومی بسیار حساس هستند و گرما شرایط ظریف مورد نیاز آن‌ها را از بین می‌برد. برای پایدار نگه داشتن این سیستم‌ها، دانشمندان باید آن‌ها را در دماهای بسیار پایین نگه دارند، که خود نیازمند تلاش و انرژی زیادی است.

این پژوهش می‌تواند افراد را به فکر بیندازد که چگونه انرژی را به روش‌های جدیدی از مواد استخراج کنند. به جای استفاده از روش‌های قدیمی، این تحقیق تشویق می‌کند تا به ماهیت انرژی و روش‌های بهره‌برداری از آن در منبع اصلی به شیوه‌ای متفاوت فکر کنیم.

گام‌های بعدی چیست؟

این پژوهش تنها آغاز راه است. محققان قصد دارند به بررسی چگونگی عملکرد موتور در سطح اساسی ادامه دهند و امیدوارند که بتوانند آن را به دستگاه‌های دیگر، مانند باتری‌های کوچک یا حسگرهای دقیق متصل کنند.

در حالی که پژوهش فعلی به هیچ وجه قصد جایگزینی موتورهای خودروهای معمولی را ندارد، هدف آن درک امکانات جدید است.

پنجره‌ای به دنیایی عجیب

مکانیک کوانتومی زمانی بسیار عجیب به نظر می‌رسید که تصور نمی‌شد بتواند کاربردی داشته باشد.

اما اکنون، کامپیوترهایی را تغذیه می‌کند که مسائلی را با سرعتی حل می‌کنند که قبلاً حتی تصورش را هم نمی‌کردیم. همچنین کانال‌های ارتباطی ایجاد کرده که ممکن است برای هر هکری نفوذناپذیر باشند.

افزودن موتورهای کوانتومی به این فهرست، حتی اگر فقط در آزمایشگاه باقی بمانند، نگرش ما را به فناوری تغییر می‌دهد.

این پژوهش نشان می‌دهد که حتی بدون سوزاندن سوخت یا استفاده از گازهای داغ، ذرات در کوچک‌ترین مقیاس‌ها دارای انرژی خاص خود هستند و تغییر در ویژگی‌های کوانتومی آن‌ها می‌تواند موتوری کوچک و کارآمد را به حرکت درآورد.

این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.