迷你机器可以通过量子快捷键来规避摩擦

加利福尼亚州圣巴巴拉 - 为了逃避摩擦，尝试采取量子捷径。

两个物理学家团队正在构建设计用于以最高效率运行的微型机器。根据热力学，对热力发动机(包括蒸汽机和汽车发动机)的效率有一个极限，它将热量转化为运动或其他类型的能量。但真实世界的发动机永远不会达到最高效率，并且通常远低于它，因为它们会因摩擦而失去能量。

现在，量子实验正在规避使用特殊设计的快捷方式所造成的摩擦所带来的限制。物理学家Adolfo del Campo和Roberto Serra在6月25日和6月28日在加州大学圣塔芭芭拉分校Kavli理论物理研究所举行的量子热力学会议上描述了两个独立的实验。

快捷方式是“一种量子润滑剂”，巴西SantoAndré的ABC联邦大学的Serra说。类似于油可以减少标准发动机中的摩擦的方式，这些快捷方式消除了量子秤上存在的摩擦。

热机通过一系列步骤循环运行。例如，汽车发动机的汽缸执行一系列包括燃料和空气的吸入，压缩，燃烧，膨胀和排气的释放。

通常，为了避免摩擦，有必要非常缓慢地运行这些步骤。这种限制导致折衷，提高机器的效率，但降低其功率，即在给定时间内传递的能量的量。“快捷方式的想法是同时兼顾，”东京大学的物理学家Masahito Ueda说，他没有参与这项研究。

Del Campo及其同事报告了一个简单的无摩擦发动机的第一步，该发动机由一团冰冷的锂原子组成，它以一种让人想起汽车发动机活塞的方式膨胀和收缩。为了避免摩擦，研究人员小心翼翼地控制了云，使其首先缓慢膨胀，然后加速，然后再放慢速度。研究人员在4月27日发表在“ 科学进展”杂志上的一篇论文中报告说，这种技术导致了无摩擦操作。

“原则上，这可以让你充分利用你的能源资源，”马萨诸塞大学波士顿分校的del Campo说。为了完成引擎的循环，del Campo及其同事还必须找到加热和冷却云的方法，未来的工作将集中在这些方面。

Serra及其同事使用基于氯仿分子中碳核能级的非常不同的技术创造了另一种无摩擦量子引擎。由于称为自旋的量子特性，原子核是磁性的。当放置在磁场中时，这导致碳核的两个可能的能级 - 一个磁极与磁场对齐，另一个磁极指向相反的方向。Serra及其同事不再进行物理膨胀和收缩，而是增加和减少了磁场，从而改变了能量水平之间的分离。

如果Serra及其同事过快地操作发动机，摩擦会使其效率降至零。但是，通过调整施加在分子上的磁场的振荡，研究人员消除了摩擦，机器达到了约40%的最佳效率，Serra报道。相比之下，汽车发动机的效率通常在20%左右。

设计快捷方式并不容易，该技术仅适用于可精确控制的量子系统。研究人员还不能将引擎用于任何有用的过程 - 任何应用程序都将在未来发展。但最终可能会利用这种技术制造高效的微型冰箱，例如冷却量子计算机。

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