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技術革新サイトの編集 – 2023 年 9 月 29 日

量子エンジン

ドイツ、フィンランド、日本のチームは、燃料を燃やす通常の方法ではなく、量子力学の原理を利用してエネルギーを生み出すエンジンを開発した。

従来の自動車エンジンでは、燃料と空気の混合物が点火プラグからの火花を受けてチャンバー内で点火します。 爆発によって室内のガスが加熱され、ピストンが押し出されて仕事が生じ、最終的には車の車輪が回転します。

ジェニファー・コッホ氏と同僚たちは、量子エンジンにおいて、熱の使用をガス粒子の量子的性質の変化に置き換えました。

この変化がどのようにエンジンに動力を供給するかを理解するには、自然界のすべての粒子がその量子に応じてボソン (光子、グロン、ミリソンなど) またはフェルミ粒子 (電子、陽子、クォーク、ニュートリノ) に分類できることを覚えておく必要があります。自然。 特徴。 。 量子効果が強くコヒーレントになる非常に低い温度では、ブソンはフェルミオンよりも低いエネルギー状態を持ち、このエネルギー差をモーターに電力を供給するために使用できます。

量子エンジンは、自動車の内燃機関のようにガスを周期的に加熱および冷却するのではなく、ボソンをフェルミ粒子に、またはその逆に変換することによって機能します。

「フェルミオンをbsonに変えるには、2つのフェルミオンを取り出し、それらを結合して1つの分子にすることができます。この新しい分子はbsonです。これを分解するとフェルミオンを回収できます。これを周期的に行うことで、熱を使わずにエンジンに動力を供給することができます。 ” 彼が説明した。 沖縄科学技術大学のトーマス・ブッシュ教授。

技術的には、この qmotor (量子モーター) はパウリモーターとして知られています。
[Imagem: Jennifer Koch et al. – 10.1038/s41586-023-06469-8]

量子革命を推進する

このタイプのエンジンは量子領域でのみ動作しますが、研究チームはその効率が非常に高く、現在の実験設定では 25% に達し、ほとんどの内燃エンジンよりも高い効率であることを発見しました。

しかし、これは量子力学が自動車のエンジンに動力を供給するのが間もなく見られることを意味するのでしょうか? 「これらのシステムは非常に効果的ですが、私たちは実験協力者と概念実証を達成しただけです」とチームメンバーのキーシー・メノン氏は説明しました。 「有用な量子エンジンを構築するには、まだ多くの課題があります。」

この量子エンジンは依然として量子技術の分野に追加のツールを提供しますが、この量子エンジンを具体的に活用する際の大きな課題は低温にあります。つまり、この量子エンジンは絶対零度に近い極低温でのみ動作します。 したがって、敏感な量子状態を保護するために、これらの低温でモーターを冷却するためにかなりの量のエネルギーが費やされ、室温での用途ではモーターのエネルギーが不足します。

しかし、チームは量子エンジンの改良を継続し、システムがどのように動作するかに関する基本的な理論的問題に対処し、そのパフォーマンスを最適化し、バッテリーやセンサーなどの他の一般的に使用されるデバイスへの潜在的な適用可能性を研究する予定です。

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