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      迷你機器可以通過量子快捷鍵來規(guī)避摩擦
      
			
      
				2018-11-22 10:34:32
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			  來源：ScienceNews
			
      
		
      
				
		
      
			
      加利福尼亞州圣巴巴拉 - 為了逃避摩擦，嘗試采取量子捷徑。
      

      兩個物理學(xué)家團隊正在構(gòu)建設(shè)計用于以最高效率運行的微型機器。根據(jù)熱力學(xué)，對熱力發(fā)動機(包括蒸汽機和汽車發(fā)動機)的效率有一個極限，它將熱量轉(zhuǎn)化為運動或其他類型的能量。但真實世界的發(fā)動機永遠不會達到最高效率，并且通常遠低于它，因為它們會因摩擦而失去能量。
      

      迷你機器可以通過量子快捷鍵來規(guī)避摩擦
      

      現(xiàn)在，量子實驗正在規(guī)避使用特殊設(shè)計的快捷方式所造成的摩擦所帶來的限制。物理學(xué)家Adolfo del Campo和Roberto Serra在6月25日和6月28日在加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校Kavli理論物理研究所舉行的量子熱力學(xué)會議上描述了兩個獨立的實驗。
      

      快捷方式是“一種量子潤滑劑”，巴西SantoAndré的ABC聯(lián)邦大學(xué)的Serra說。類似于油可以減少標準發(fā)動機中的摩擦的方式，這些快捷方式消除了量子秤上存在的摩擦。
      

      熱機通過一系列步驟循環(huán)運行。例如，汽車發(fā)動機的汽缸執(zhí)行一系列包括燃料和空氣的吸入，壓縮，燃燒，膨脹和排氣的釋放。
      

      通常，為了避免摩擦，有必要非常緩慢地運行這些步驟。這種限制導(dǎo)致折衷，提高機器的效率，但降低其功率，即在給定時間內(nèi)傳遞的能量的量。“快捷方式的想法是同時兼顧，”東京大學(xué)的物理學(xué)家Masahito Ueda說，他沒有參與這項研究。
      

      Del Campo及其同事報告了一個簡單的無摩擦發(fā)動機的第一步，該發(fā)動機由一團冰冷的鋰原子組成，它以一種讓人想起汽車發(fā)動機活塞的方式膨脹和收縮。為了避免摩擦，研究人員小心翼翼地控制了云，使其首先緩慢膨脹，然后加速，然后再放慢速度。研究人員在4月27日發(fā)表在“ 科學(xué)進展”雜志上的一篇論文中報告說，這種技術(shù)導(dǎo)致了無摩擦操作。
      

      “原則上，這可以讓你充分利用你的能源資源，”馬薩諸塞大學(xué)波士頓分校的del Campo說。為了完成引擎的循環(huán)，del Campo及其同事還必須找到加熱和冷卻云的方法，未來的工作將集中在這些方面。
      

      Serra及其同事使用基于氯仿分子中碳核能級的非常不同的技術(shù)創(chuàng)造了另一種無摩擦量子引擎。由于稱為自旋的量子特性，原子核是磁性的。當放置在磁場中時，這導(dǎo)致碳核的兩個可能的能級 - 一個磁極與磁場對齊，另一個磁極指向相反的方向。Serra及其同事不再進行物理膨脹和收縮，而是增加和減少了磁場，從而改變了能量水平之間的分離。
      

      如果Serra及其同事過快地操作發(fā)動機，摩擦?xí)蛊湫式抵亮?。但是，通過調(diào)整施加在分子上的磁場的振蕩，研究人員消除了摩擦，機器達到了約40%的最佳效率，Serra報道。相比之下，汽車發(fā)動機的效率通常在20%左右。
      

      設(shè)計快捷方式并不容易，該技術(shù)僅適用于可精確控制的量子系統(tǒng)。研究人員還不能將引擎用于任何有用的過程 - 任何應(yīng)用程序都將在未來發(fā)展。但最終可能會利用這種技術(shù)制造高效的微型冰箱，例如冷卻量子計算機。
      
			

			
        
      
			
      
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