Исследователи реализуют квантовый тепловой двигатель в лаборатории

Содержание

Квантовый двигатель: принцип действия и устройство. Квантовый двигатель Леонова

Исследователи реализуют квантовый тепловой двигатель в лаборатории

Тематика покорения космоса в наше время уже не такая популярная, как во времена СССР. На это влияет огромное количество факторов, но основным можно назвать именно отсутствие эволюции в техническом сегменте. Однако русский ученый Владимир Семенович Леонов работает над созданием квантового двигателя.

Биография

Хочется начать с истории великого человека – Владимира Семеновича Леонова, но, к сожалению, информации, о нем не так уж и много. Однозначно можно сказать, что данная выдающаяся личность является физиком-теоретиком и непосредственно экспериментатором.

Также Леонов становился лауреатом премии Правительства России в номинации техники и науки. Занимает место в первой сотне лидеров промышленности и науки Содружества. Он признавался директором года в СНГ в 2007 году.

Является главным конструктором, а также руководителем ЗАО «НПО Квантон». Леонов выступает автором научных открытий квантона (кванта пространства-времени). Именно Леонов создал теорию Суперобъединения.

Данная теория была признана теорией века, а ее направление было новым дыханием в энергетике (как наземной, так и космической).

Также в 2007 году Леонов построил собственную лабораторию, которая так и была названа – «Лаборатория Леонова». После, через непродолжительное время, он начал ставить эксперименты с гравитацией, суть которых заключалась в управлении.

Точнее сказать, он работал над созданием такого двигателя, который создавал бы тягу без вызволения реактивной массы.

В итоге ученный отчасти добился этого, сейчас его творения величают как «квантовый двигатель Леонова», многие утверждают, что это и есть двигатель будущего.

Вот так буквально в нескольких словах можно рассказать о данной персоне. Как можно заметить, личность Леонова непубличная и известна лишь в малых кругах, однако его открытия получили большую огласку. Вот именно на них и хочется остановиться подробнее.

Теория Суперобъединения

В первую очередь необходимо начать с того, что послужило предпосылкой создания двигателя Леонова. А это непосредственно теория, которая получила название Суперобъединения. Названа она так, потому что призвана объединить четыре взаимодействия.

Но на данный момент наука признает существование всего лишь трех, недостает четвертого элемента — гравитационной силы. Сама теория взяла свое начало из теории струн и суперсимметрии Альберта Эйнштейна.

Дабы не вдаваться в подробности по этой теме, стоит сказать лишь, что именно теория Суперобъединения способна вывести такую науку, как энергетика, абсолютно на новый уровень.

И все же заключается она в том, что предполагает повсеместное наличие различных элементов, которых, к сожалению, нынешняя наука совсем не учитывает. Однако эти элементы поддавались огласке, и не кем-нибудь, а самим создателем Периодической таблицы элементов — Менделеевым.

Даже больше, первоначальный вид таблицы включал в себя два нулевых элемента. Но увы, после ее переработали и убрали «ненужные» частицы. Важен для теории Суперобъединения элемент под названием Ньютоний, он являлся элементом эфира.

Сам Менделеев возлагал на Ньютоний огромные надежды, а назвал он его так в честь великого ученого-физика Ньютона.

Рассказывая о достижениях ученого, в первую очередь упоминают о его величайшем агрегате, получившем название квантовый двигатель Леонова.

При создании его автор как раз и обращался к такому элементу, как Ньютоний.

Однако сам Леонов его так не называл, он величал его кантоном, говоря, что только лишь на взаимодействии с этим элементом можно будет создать силовую установку совершенно нового поколения.

Исходя из этого, можно с уверенностью заявить, что теория Суперобъединения имеет право на существование, что многие ученые пытаются опровергнуть. Однако Леонов нашел в себе смелость вернуться в прошлое и вспомнить о забытом элементе, да не просто вспомнить, а использовать его как отправную точку в своих исследованиях.

Далее в статье пойдет речь непосредственно о самом двигателе.

Об изобретении Леонова

В первую же очередь, говоря об агрегате под названием квантовый двигатель,стоит забыть о таком явлении, как фотонный двигатель. Это говорит сам автор, так как второй двигательимеет абсолютно иную схему и не схож с квантовым. Сейчас для ясности картины стоит осветить их главные отличия.

Суть в том, что фотонный двигательработает за счет аннигиляции антивещества и вещества, то есть создает реактивную тягу, которая и толкает объект. Квантовый двигатель работает совсем по-иному. Для движения он использует энергию гравитационных волн и упругость самого пространства.

Данный вариант ученые сразу же отвергли, назвав его работу лженаукой, а сейчас лишь стараются модернизировать то, что давно уже было создано и попросту исчерпало свой потенциал. И это, грубо говоря, не нужно доказывать, всего-навсего необходимо взять характеристики первой полноценной ракеты Вернера фон Брауна и современной.

Дело в том, что современный двигатель ракетывсего лишь в два раза превышает показатели первой. Из этого следует вывод, что достигнут абсолютный предел, и дальнейшие работы в этом направлении будут или безуспешными, или же попросту бессмысленными.

Например, ядерный ракетный двигательочень опасен, а электродвигатель не способен показать большую тягу, то есть он непригоден для запуска ракет в космос. А если взглянуть на двигатель Леонова, то он кажется невероятно перспективным.

Нельзя даже представить, какие последуют перемены, если его успешно реализуют. Однозначно, что в корне преобразуются технологии и, в частности, техника.

Дабы хоть чуть-чуть понять его потенциал, достаточно сказать, что теоретически с помощью него до Луны можно добраться за четыре часа, а до Марса – всего лишь за двое суток.

Опыты с двигателем

На веку Леонова Владимира Семеновича было невероятное количество опытов и различных экспериментов. Однако когда у него спрашивают об этом, он сразу же начинает говорить о самом выдающемся, который произошел в 2009 году.

Сам экспериментатор утверждает, что тогда он смог создать квантовый гравитационный двигатель, который придавал ускорение объекту, не используя в этом деле реактивную силу.

Это стало точкой отсчета, ведь с того времени Леонов смог вертикально поднимать объект по направляющим рельсам, не задействуя при этом привод на колеса. Это явление, по словам самого создателя, подтверждает ту теорию, о которой говорилось выше.

После ошеломительного успеха настал час затишья, и спустя пять лет, только в 2014 году, были проведены стендовые испытания, где был представлен двигатель будущего.

Результаты он продемонстрировал невероятные: при том, что его вес составлял пятьдесят четыре килограмма, импульс тяги достигал невообразимых семьсот килограмм-сил, в то время как ускорение было 10 джоулей.

Интересно также то, что сам двигатель требует лишь электроэнергии и может работать без тела. Также исходя из этого опыта было установлено, что затраты электроэнергии составляют всего лишь один киловатт.

Эти характеристики ошеломительные, ведь самый современный реактивный двигатель ракеты,который существует сейчас, генерирует лишь одну десятую килограмм-силы, растрачивая тот же один киловатт электроэнергии.

Теперь остается лишь только представлять, что случится, если квантовый двигатель будет создан. Тогда полезный груз ракеты достигнет девяноста процентов. И это притом, что он сейчас составляет лишь мизерные пять процентов.

Скептицизм ученых

Несмотря на проведенные опыты, большинство ученых в этой области к двигателю Леонова относятся скептически, говоря о том, что его творение в условиях вакуума работать не будет.

Сам же Владимир Семенович отвечает тем же, выступая против РАН и комиссии по борьбе со лженаукой, в частности. В 2012 году он заявил, что деятельность ее можно назвать попросту преступной, а разговор о том, что его проект безнадежный – дезинформацией. Также у Леонова бытует мнение, что комиссия – это зарубежный спецпроект, который призван пресечь технический прогресс его страны.

Также нельзя не заметить, что разработки в этом направлении ведутся не только на территории России, но и за рубежом, в частности, на западе.

Однако квантовые ракетные двигатели США,Россия и Китай делают по-разному, точнее будет сказать, их схемы попросту различаются, ведь никто не хочет открывать своих тайн.

Но успех у наших коллег за рубежом незначителен, в отличие от отечественного прорыва.

Нельзя не отметить бодрый энтузиазм Леонова и его патриотизм, он попросту не взирает на заявления РАН и уверен, что модернизация и экономический рост придут всего лишь через два-три года. Это, кстати, сопоставимо с обещаниями президента Российской Федерации Владимира Путина.

Леонов также критикует и открытие Бозона Хиггса. Еще в 2012 году он выступал против этой идеи, говоря, что проблема решена была еще в 1996 году, когда был обнаружен нулевой элемент в Периодической таблице Менделеева – тот самый квантон.

Достоинства квантового двигателя

Выше по тексту было перечислено множество преимуществ квантового двигателя по сравнению с реактивным или фотонным. Но все же стоит собрать все в одном месте и объединить все в список для удобства. Итак, двигатель Леонова имеет следующие достоинства:

  1. Девяносто тонн полезной нагрузки. Другими словами, девятьсот процентов, в то время как авиационные реактивные двигателидостигают лишь пяти процентов.
  2. Максимальная скорость. Ракета с данным двигателем способна развивать скорость в тысячу километров в секунду, в то время как РД развивает восемнадцать километров в секунду.
  3. Возможность движения с ускорением. Аппарату присущ длительный импульс тяги.
  4. Полет до Луны с этим двигателем будет длиться всего три с половиной часа, в то время как до Марса – всего двое суток.
  5. Универсальность. Двигатель Леонова может применяться не только лишь в космической отрасли, он отлично справится в таких условиях, как под водой, в воздухе и на земле.
  6. Этот двигатель сможет увеличить максимальную высоту полета самолетов, таким образом, они смогут достигнуть отметки в сто километров.
  7. Малый расход топлива. Двигателю необходимо очень мало энергии, обусловлено это тем фактом, что аппараты будут летать по инерции.
  8. Самолет будет способен пролететь целый год без дополнительной дозаправки.
  9. Если на машине будет установлен квантовый двигатель, и, в свою очередь, он будет заправлен топливом холодного ядерного синтеза, то автомобиль будет способен проехать десять миллионов километров, не останавливаясь на заправках.
  10. Данный двигатель питается электрической энергией.

Конечно же, это неполный перечень положительных качеств двигателя, ведь все это существует только в теории. И только после реализации станет на сто процентов понятно, на что он способен.

Применение

Стоит теперь упомянуть, где же все-таки этот двигатель может быть применен. Конечно же, основной средой для него является космос. Он для этого и будет создан, но все же есть и другие области применения.

Помимо ракет, квантовым двигателем можно будет обустроить машины, морской транспорт, железнодорожный, самолеты и подводные аппараты. Также он отлично впишется для электроснабжения обычных жилых помещений.

Еще он подойдет для проведения спекания строительных материалов током.

Таким образом, данное открытие позволит обеспечить огромные сегменты, что в несколько раз облегчит и улучшит жизнь миллионов людей.

Источники энергии

Конечно же, нельзя забывать и о том, как подпитывать квантовый двигатель, ведь каким бы он идеальным ни был, ему требуется сырье для работы. И источник этот должен быть невероятно мощным. Для обеспечения отлично подойдет реактор холодного ядерного синтеза, который, в свою очередь, работает на никеле.

Этот реактор намного лучше уже существующих, ведь всего один килограмм никеля в режиме холодного ядерного синтеза способен выделить столько энергии, как один миллион килограмм бензина.

Сравнительная характеристика

Все вышесказанное, конечно же, передает все технические аспекты и преимущества двигателя, но, как говорится, все познается в сравнении. Что будет, если провести параллели между современными ракетными двигателями и квантовым двигателем Владимира Семеновича Леонова?

Итак, современные космические двигателина один киловатт мощности способны добиться тяги, равной одному ньютону, это равносильно одной десятой килограмм-силы. Квантовый же двигатель превосходит ракетный в несколько раз.

На тот же один киловатт тяга составляет у него пять тысяч ньютонов, что равносильно пятистам килограмм-силы.

Как видно разработка Леонова способна многократно увеличить КПД, что, в свою очередь, подарит человечеству новую технологическую эру.

Квантовые двигатели – новый прорыв, «изгибающий» второй закон термодинамики

Исследователи реализуют квантовый тепловой двигатель в лаборатории

Двигатели внутреннего сгорания работают благодаря известному второму закону термодинамики. Этот закон справедлив и для сверхмалых двигателей в квантовой сфере, но с небольшими отклонениями. Исследованиями установлено, что квантовая запутанность может помочь отдельным атомам управлять тепловыми машинами.

Информация, безусловно, важна для понимания термодинамики, а также совершенно необходима для понимания странных частей квантовой механики.

Крошечные кусочки материи могут существовать в двух местах одновременно, это явление называется суперпозицией.

Две или более частиц могут быть разбиты в так называемое запутанное состояние, запутанно связывая свойства частиц независимо от расстояния между ними.

Некоторые исследователи следят за индустрией компьютерных чипов стоимостью в несколько миллиардов долларов.

В стремлении создавать все более быстрые компьютеры инженеры продолжают уменьшать транзисторы, чтобы все больше их количество упаковывать в микросхемы.

Транзисторы шириной в несколько десятков нанометров имеют тенденцию к утечке электронов и нагреванию. Это тепло разрушает энергоэффективность компьютера и повреждает компоненты.

 

Хотя второй закон остается в силе, способность использовать информацию из квантовых эффектов помогает делать то, что невозможно было делать классически.

Незыблемый второй закон термодинамики и его «изгиб»

Когда французский инженер Сади Карно рассчитал максимальную эффективность теплового двигателя в 1824 году, он понятия не имел, что такое тепло. В те дни физики считали, что тепло – это жидкость, называемая калорией.

Но для Карно, которого позже рассматривали как пионера в установлении второго закона термодинамики, и не нужно было знать эти детали, потому что термодинамика нечувствительна к микроскопическим деталям. Тепло всегда распространяется от горячего к холодному независимо от того, состоит ли оно из жидкости или металла.

Термодинамика, законы и уравнения, управляющие энергией и ее полезностью для работы, касается только общей картины.

Это успешный классический подход. Как того требует термодинамика, энергия всегда сохраняется (первый закон), и когда она распространяется от горячего к холодному, она может выполнять работу, ограниченную генерацией беспорядка или энтропии (второй закон).

Эти законы определяют все, начиная от расстояния перемещения на литре топлива, которое двигатель автомобиля может реализовать до батареи аккумулятора смартфона. Они помогают физикам лучше понять черные дыры и понять, почему время движется вперед, а не назад.

Тем не менее, общий подход, учитывающий поле, а не колоски, заставил физиков задуматься, действует ли термодинамика на всех уровнях. Будет ли это работать, если двигатель состоит из трех молекул, а не из типичного триллиона триллионов? Возможно, термодинамический код не так уж жесток в области очень малых размеров, управляемых причудливыми правилами квантовой механики.

Ученые Университета Ватерлоо в Канаде разработали первый в мире квантово-тепловой двигатель.

Для создания устройства исследователи использовали систему со спином 1/2 на основе молекулы хлороформа и применили методы ядерного магнитного резонанса.

С помощью радиочастотного поля они изменили магнитный момент ядерного ядра изотопа углерод-13, чтобы получить цикл Отто – термодинамический цикл, который используется в двигателях внутреннего сгорания.

За последние несколько десятилетий физики постепенно исследовали поток тепла на квантовом уровне, и были заинтригованы обнаруженными нарушениями второго закона термодинамики. Пока что второй закон остается в силе, но новые точные экспериментальные методы позволяют физикам более полно исследовать квантовые основы термодинамики и получить интересные результаты.

Проверяя пределы, установленные теоретиками, исследователи строят крошечные двигатели, некоторые из которых приводятся в действие одним атомом, и измеряют слабую мощность устройств. Эксперименты, проведенные на протяжении многих лет, показали, что если второй закон термодинамики действительно нарушается в небольших масштабах, то это нарушение не очень велико.

Даже если физики не могут нарушить термодинамические правила, последние данные предлагают способы «согнуть» их – особенно путем использования способа, которым квантовая запутанность сплетает вместе «судьбы» нескольких частиц.

Например, методы, используемые при обработке квантовой информации, могут оказаться полезными для выжимания дополнительной энергии из миниатюрных двигателей.

Эти достижения, например, могут помочь ученым создать наномашины, которые собирают тепло и используют его для доставки лекарств в организм, или помогают уменьшить потери энергии в крошечных компонентах традиционных компьютеров.

Квантовые двигатели

Будущее практического применения этой работы будет зависеть от понимания того, как основные термодинамические принципы действуют в сверхмалых масштабах.

В проведенных исследованиях квантовый двигатель превзошел свой традиционный эквивалент, без каких-либо особых настроек в его среде. Устройство использует странную физику очень маленьких объектов для производства большей мощности, чем стандартный или классический двигатель в тех же условиях.

«Ученые очень убедительно показали, что квантовая машина работает лучше, чем классическая», – говорит физик Марк Митчисон из Тринити-колледжа в Дублине. «Это очень важный шаг вперед».

Классическая схема работы теплового двигателя.

Устройство представляет собой тип теплового двигателя. Традиционные тепловые двигатели превращают тепло в движение. Например, двигатель внутреннего сгорания автомобиля сжигает топливо для перемещения поршней по цилиндру, в результате чего автомобиль движется вперед.

Другие тепловые двигатели имеют увеличенные мощности.

Но прирост мощности этих машин полагается на изменения в окружающей среде вне основной машины – например, источник тепла машины, возможно, был наделен дополнительными полезными свойствами – поэтому большая мощность не была полностью характерной особенностью самой машины.

В новом исследовании квантовый двигатель работает не путем зажигания бензина, а с помощью лазера, чтобы заставить электрон внутри крошечного дефекта кристалла алмаза перепрыгнуть между уровнями энергии. И вместо того, чтобы двигать поршни, квантовая машина выводит свою мощность в электромагнитных волнах.

Вот где появляется квантовая часть: объекты, которые ведут себя в соответствии с квантовой механикой, иногда находятся в подвешенном состоянии, известном как суперпозиция, то есть они пойманы в двух местах одновременно или в двух разных конфигурациях. Электрон в квантовом двигателе может находиться в суперпозиции двух энергетических уровней. Как будто поршень двигателя автомобиля одновременно находился в верхнем и нижнем положениях.

При определенных условиях это свойство приводит к увеличению выходной мощности по сравнению с максимальной мощностью, возможной для традиционного теплового двигателя. «Это первый эксперимент, когда такой режим был достигнут», – говорит физик Роберто Серра из Федерального университета ABC в Санто-Андре, Бразилия.

Квантовое увеличение мощности проявляется только в том случае, если двигатель работает чрезвычайно осторожно, как автомобильный двигатель, в котором поршни двигаются незначительно во время каждого цикла. Это означает, что квантовая машина не заменяет всех возможных конкурентов, а только тех, которые также работают в этом спокойном состоянии, а пока большинство из них работают на других режимах.

Так что не ожидайте, что эти квантовые двигатели будут питать транспортные средства или устройства в ближайшее время. «Если вы пытаетесь построить автомобиль или реактивный двигатель … это абсолютно бесполезно», – говорит физик Ян Уолмсли из лондонского Имперского колледжа, соавтор исследования.

Вместо этого, исследования ученых раскрывают новые детали того, как квантовая механика взаимодействует с термодинамикой, теорией, которая управляет теплом, температурой и энергией. В этом случае новый двигатель открывает лазейку для нормальных ограничений по выработке электроэнергии. «Мы не изменили структуру термодинамики, но мы открыли новую ее часть», – говорит Уолмсли.

Вместо того, чтобы анализировать энтропию напрямую, команда Оппенгейма изучила, сколько энергии у системы есть для выполнения работы – количество, называемое свободной энергией. В нашем макроскопическом мире количество свободной энергии зависит только от температуры и энтропии системы.

Но, приближаясь к меньшим и меньшим коллекциям частиц, исследователи обнаружили, что им нужно было учесть еще несколько разновидностей свободной энергии. Каждый из них уменьшается со временем. Другими словами, второй закон требует соблюдения еще большего количества правил на квантовом уровне.

Информационное преимущество преобразования тепла в работу

Многие физики пытаются использовать суперпозицию, квантовую запутанность и другие квантовые хитрости для выполнения информационных задач, которые невозможны по правилам классической физики. Исследователи предполагают сверхзащищенные сети связи и квантовые компьютеры, которые используют запутанные фотоны или ионы для легкого решения сложных проблем.

Цикл Отто на квантовой двухуровневой системе.

Но информация означает гораздо больше, чем просто обмен и обработка единиц и нулей. В результате физики, размышляющие над квантовыми вычислениями и коммуникацией, обратили свое внимание на термодинамику. Они начали решать вопрос, могут ли такие свойства, как запутанность, также дать преимущество в преобразовании тепла в работу.

Получение информации со скидкой может развить технологию, которая превосходит второй закон и превосходит лучшие двигатели в натуральную величину.

«На что мы можем надеяться, так это на машины, которые работают быстрее, на холодильники, которые эффективнее охлаждаются, или на батареи, которые накапливают больше энергии или заряжаются быстрее», – говорит Хубер, теоретик квантовой информации в Женевском университете.

Двигатель размером с атом

В ближайшее время ученые смогут в лабораториях экспериментировать с двигателями, использующими квантовые эффекты. Немецкие исследователи уже сделали шаг к этой цели, построив тепловой двигатель, состоящий из одного атома.

Йоханнес Роснагель, квантовый физик из Университета Майнца, и его коллеги построили конусообразную оболочку вокруг иона кальция.

После использования лазера и электрического поля для нагрева иона примерно на один градус выше абсолютного нуля, исследователи измерили работу, выполняемую ионом, когда он оказывал небольшое усилие к вершине конуса.

Типичный двигатель (слева) использует тепловую энергию для привода турбины или выполнения какой-либо другой задачи. Уменьшите размер двигателя до минимального, и он может заставить один атом (справа, зеленая точка) вибрировать и выполнять небольшую работу.

Исследователи сообщили в статье, опубликованной на сайте arXiv.org, наноскопический двигатель работал в соответствии с законами термодинамики. Роснагель говорит, что с учетом крошечного веса иона мощность была сопоставима с мощностью автомобильного двигателя. «Довольно интересно видеть, что вы можете управлять тепловыми машинами с одним атомом», – говорит он.

Несмотря на измеримую выходную мощность одноионного двигателя, Роснагель предупреждает, что наноразмерные двигатели для практического использования находятся в лучшем случае на расстоянии десятилетий. Вместо этого полезность квантовой термодинамики, вероятно, будет происходить при развитии других технологий.

Квантовая термодинамика и управление теплом

Некоторые исследователи следят за индустрией компьютерных чипов стоимостью в несколько миллиардов долларов.

В стремлении создавать все более быстрые компьютеры инженеры продолжают уменьшать транзисторы, чтобы все больше их количество упаковывать в микросхемы.

Транзисторы шириной в несколько десятков нанометров имеют тенденцию к утечке электронов и нагреванию. Это тепло разрушает энергоэффективность компьютера и повреждает компоненты.

Квантовая термодинамика может помочь физикам научиться трюкам, чтобы уменьшить количество потерянного тепла или, возможно, даже собрать его с помощью небольших устройств внутри компьютера.

Управление теплом еще более важно для физиков, стремящихся создать практические квантовые компьютеры. Такое устройство должно работать при экстремально низких температурах, чтобы использовать квантовые эффекты и потенциально превосходить традиционные компьютеры.

Некоторые представители физики утверждают, что подобные эксперименты могут в конечном итоге нарушить основополагающий второй закон термодинамики.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Впервые в мире проведена квантовая телепортация

Исследователи реализуют квантовый тепловой двигатель в лаборатории
17555

30.12.2019, Пн, 09:02, Мск , Валерия Шмырова

Ученые из Великобритании и Дании провели первую в мире квантовую телепортацию — смогли передать квантовое состояние частицы между двумя чипами. Это должно стать краеугольным камнем для технологий квантовой связи. Точность передачи данных составила 91%.

Ученые из Бристольского университета в Великобритании и Датского технического университета создали устройства наподобие чипов, которые способны генерировать и манипулировать отдельными частицами света в программируемых наноразмерных схемах, реализуя таким образом законы квантовой физики. Об этом сообщил Бристольский университет на своем сайте. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Physics.

Эти чипы способны кодировать квантовую информацию в свете, который генерируется внутри схемы, и могут обрабатывать эту информацию с высокой эффективностью и чрезвычайно низким уровнем шума. Изобретение должно помочь человечеству перейти к созданию более сложных схем для квантовых вычислений и коммуникаций, чем те, которые существуют на сегодняшний день.

Квантовая телепортация

В одном из самых прорывных экспериментов исследователи из Лаборатории квантовых инженерных технологий Бристольского университета (QET Labs) впервые продемонстрировали квантовую телепортацию информации между двумя программируемыми микросхемами. Они отмечают, что это должно стать краеугольным камнем для технологий квантовой связи.

Данная телепортация представляет собой передачу квантового состояния частицы из одного места в другое с помощью так называемого квантового запутывания, при котором квантовые состояния нескольких частиц зависят друг от друга. Установление запутанной линии связи между двумя чипами оказалось весьма непростой задачей, даже в лабораторных условиях.

Схема передачи квантового состояния от одной частицы к другой при телепортации

По словам одного из авторов исследования — Дэна Ллевеллина (Dan Llewellyn) из Бристольского университета — изначально фотоны в каждом чипе находились в одном квантовом состоянии. Затем каждый чип был запрограммирован для проведения ряда манипуляций с использованием запутывания.

В основном эксперименте были задействованы две микросхемы. Между ними удалось передать индивидуальное квантовое состояние частицы после проведения квантовых измерений.

В ходе измерений использовался феномен квантовой физики, при котором одновременно разрушается запутанная связь, а состояние частицы передается другой частице, уже находящейся в чипе-приемнике.

Другой соавтор работы, профессор Имад Фарук (Imad Faruque), также из Бристольского университета, добавил, что в итоге была создана еще более сложная схема, содержащая четыре однофотонных источника. Все источники были проверены и признаны практически идентичными, то есть испускающими почти одинаковые фотоны, что чрезвычайно важно для обмена запутыванием. Точность квантовой телепортации составила 91%.

Кроме того, исследователи смогли продемонстрировать некоторые другие важные функциональные возможности своих чипов. К ним относятся перестановка запутывания (требуется для квантовых повторителей и квантовых сетей) и четырехфотонные гигагерцные состояния (требуются в квантовых вычислениях и квантовом интернете).

Зачем нужны квантовые технологии

Современные компьютеры достаточно успешно работают с большими массивами данных, находя в них алгоритмы и отдельные сведения.

Но там, где закономерность не прослеживается из-за недостатка информации, или, наоборот, из-за слишком большого ее объема, традиционные системы не могут помочь.

Однако с этими задачами могут справиться квантовые вычислительные системы, превосходство которых над традиционными было неоднократно доказано.

Квантовые вычисления можно применить для решения проблем моделирования в области химии, поскольку традиционная техника не может, например, смоделировать квантовые состояния даже простой молекулы из-за их большого количества.

Компании вроде IBM уже разработали методики, позволяющие исследовать симуляцию химических задач с помощью квантовых процессоров.

В перспективе на квантовых компьютерах можно будет осуществлять моделирование сложных молекул и высокоточное предсказание химических свойств.

Квантовые приложения в дальнейшем могут быть использованы для создания новых медикаментов, поскольку с их помощью можно моделировать сложные молекулярные и химические реакции.

Также они найдут применение в глобальной логистике, где помогут в построении каналов поставок в наиболее загруженные периоды — например, в праздничный сезон.

В сфере инвестиций квантовые инструменты применимы для моделирования финансовых данных и ликвидации факторов риска в процессе инвестиций.

Кроме того, они дадут возможность осуществлять поиск по чересчур большим массивам данных с помощью усиленного искусственного интеллекта, что пригодится при поиске изображений или видео. Также квантовые алгоритмы смогут повысить безопасность облачных вычислений и конфиденциальной информации за счет законов квантовой физики.

  • Короткая ссылка
  • Распечатать

Квантовый двигатель. Виды и устройство. Работа и применение

Исследователи реализуют квантовый тепловой двигатель в лаборатории

Квантовый двигатель — это устройство, которое может выполнять работу абсолютно без потерь энергии, избегая при этом сил трения и теплообмена с окружающей средой. Иными словами, такой движок обладает максимальной эффективностью. Современные двигатели не обладают такими свойствами, ведь существующие законы физики ограничивают их применение. Часть энергии в обязательном порядке теряется.

Поэтому ученые уже десятки лет бьются над созданием «вечных» двигателей, которые бы могли позволить отправить космические корабли на другие планеты, разогнав их до рекордных скоростей.

На данный момент уже создаются прототипы таких двигателей и проводятся их испытания.

Эти агрегаты работают на совершенно новых принципах, что в будущем может привести к созданию сверхскоростных комических кораблей, летающих машин и многих других изобретений.

Виды

Сегодня квантовый двигательпытаются создать многие страны. Создаются патенты, проводятся испытания, но реальных результатов на данный момент практически нет. Лишь некоторые страны уже добились определенных успехов.

Это в первую очередь Россия, США, Китай и Германия

  • В Германии немецкие ученые из Аугсбурга создали модель двигателя, работающую по квантовому принципу. Работа такого устройства базируется на том, что два атома, расположенные в газообразной оптической решетке при довольно низких отрицательных температурах подвергаются воздействию внешнего переменного магнитного поля.

В результате один из атомов начинает двигаться по оптической решетке. Через некоторое время он выходит на постоянную скорость. В свою очередь второй атом играет роль стартера. Именно благодаря нему первый атом получает ускорение. Такую конструкцию стали называть квантовым атомным двигателем.

Однако такому двигателю до испытаний и реального применения еще далеко.

  • Китай и США также работают над созданием собственного квантового устройства. Они совместно разрабатывают и испытывают двигатель EmDrive. Китай вкладывает очень много денег в космос. Первоначально EmDrive был изобретён в Великобритании, затем созданием подобных двигателей заинтересовались США и Китай. NASA на данный момент практически полностью засекретило испытания своего двигателя EmDrive. Китайская академия наук в свою очередь достаточно часто сообщает о своих успехах. На данный момент Китай испытывает этот движок.

Изобретение EmDrive проверяется в различных условиях, включая вакуум. Устройство, как заверяют изобретатели, действительно работает. Оно может работать бесконечно долго и не требует запаса топлива. При этом для работы такого двигателя в космосе вполне будет достаточно солнечных батарей. Однако на данный момент такой движок выделяется небольшой полезной нагрузкой. В перспективе же EmDrive сможет разгонять ракеты и космические корабли до невероятных скоростей, которые будут приближаться к сотым и десятым долей скоростей света

  • В Россииквантовый двигательразрабатывается разными коллективами учеными. Так в МФТИ разрабатывается «вечный движок» второй степени. Ученые создают машину, в которой КПД будет составлять 100%. Для этого они используют кубиты, то есть элементарные вычислительные модули, а также ячейки памяти квантовых компьютеров.

    Они соединяются между собой на квантовом уровне. Кубиты способны поглощать тепловую энергию, после чего перемещают излишнюю энтропию в окружающую среду. В результате двигатель находится в состоянии, в котором он может работать бесконечно.

  • Созданием другого вида двигателя занимается Владимир Леонов.

    Российский ученый для своего двигателя решил использовать реактор холодного ядерного синтеза, который работает на никеле. Благодаря такому решению энергоэффективность подобного двигателя будет невероятно высокой. Так она будет примерно в 1000000 раз превосходить наилучшие известные на данный момент химические топливные элементы.

Согласно расчетам изобретателя космический корабль с подобным двигателем сможет разгоняться до тысячи километров в секунду. Получается, что полет до Марса составит всего 41 час. Владимир Леонов в своем движке использовал теорию суперобъединения, созданную им же. Эта теория базируется на факте существования кванта пространства времени, то есть квантона.

Изобретатель считает, что квантон является недостающим элементом таблицы Менделеева. Именно благодаря квантону формируются все остальные элементы.

Квантовый двигательимеет устройство в зависимости от его вида:

  • Если говорить о конструкции EmDrive, то она напоминает ведро из металла, которое запаяно с обеих сторон. Внутри у него находится магнетрон, который излучает электромагнитные волны. Такого устройства вполне хватает для создания небольшой тяги.
  • Владимир Леонов уже создал несколько видов двигателей, они могут применяться в разных целях.

    Для движения с небольшими скоростями используется одно устройство, а для космических путешествий с невероятными скоростями совершенно иное. В последнем он намеревается использоваться реактор холодного синтеза, что позволит достигать скоростей в тысячу км в секунду.

В движках Владимира Леонова для горизонтального перемещения применяются неоднородные магнитные и электрические поля.

Конструкция включает следующие элементы:

  • Корпус.
  • Электрогенератор.
  • Диск, который крепится на валу.
  • Активаторы, которые монтируются на шарнирах.
  • Систему поворота.
  • Аккумуляторную батарею.
  • Подшипники.

  • Преобразователь напряжения.
  • Схема управления.

Рабочее тело изготовлено из ферромагнитного диэлектрика. В качестве электрического двигателя используется гиромотор с обмоткой и ротором.

Принцип действия

Квантовый двигательимеет следующий принцип действия. Аккумулятор питает электрический генератор и преобразователь напряжения.

В результате создаются три вида напряжения для:

  1. Магнитной составляющей.
  2. Обеспечения питанием электродвигателя.
  3. Катушек магнитной составляющей.

В результате системы магнитов и электродов создают магнитные и электрические поля.

Эти поля выделяются ортогональным расположением, что позволяет получить вектора напряженности необходимого направления. Эти неоднородные поля действуют на рабочее тело, образуя поляризацию. Само же рабочее тело вращается вокруг оси. В итоге в рабочем теле наблюдается распределение квантов.

Образуется сила тяги, которая передается активатором. Сами активаторы находятся под углом к оси плоскости дисков

Так как ось активатора определяет направление силы тяги, то наблюдается разделение сил на нормальные и тангенциальные. Система взаимодействует с вакуумным полем, что приводит к созданию энергии из поля вакуума. Полученная энергия тратится на вращение электрического генератора, который создает тягу, а также обеспечивает питание гидросистемы двигателя.

Двигатель EmDrive, над которым трудятся США и Китай, работает по совершенно иному принципу. Его работа базируется на разности давления электромагнитного излучения, которые находятся на концах двигателя.

В узком месте давление немного меньше, чем в широком. В результате образуется тяга, которая направлена к узкому концу. Скептики неоднократно утверждали, что это невозможно.

Однако наличие тяги подтверждалось в проводимых экспериментах.

Применение

Квантовый двигатель может применяться в самых разных областях. Однако, в первую очередь, эти устройства необходимы для космоса.

Кроме космических кораблей этот двигатель может быть использован для автомобилей, летающих машин, подводных лодок, кораблей, железнодорожного транспорта и самолетов. При этом автомобилям и самолетам нужно будет минимум топлива.

Достаточно будет один раз заправить машину, чтобы годами ездить на ней, не зная проблем. К тому же такие машины практически не будут ломаться.

Подводные аппараты при достаточной мощности двигателей смогут подниматься над водой и даже улетать в космос. В реальности они будут схожи с современными неопознанными летающими объектами, о которых так часто говорят в уфологии. Начнется полноценное освоение солнечной системы и ближайших планет нашей вселенной.

Также двигатель отлично может быть использован для выработки электричества, автономного электрического снабжения квартир и домов. Извлечение энергии из двигателя на квантовом принципе позволит отказаться от традиционного химического топлива, нефти и газа, ведь энергия станет практически бесплатной.

В будущем квантовый двигатель сможет найти и другие применения. Совершенствование технологий приведет к появлению новых двигателей.

Это будут миниатюрные устройства, которые смогут преобразовывать магнитную или электрическую энергию в механическую. В результате могут появиться нанороботы, которые смогут лечить людей.

К примеру, такие миниатюрные роботы смогут бороться с раком, безопасно удаляя пораженные ткани, уничтожать вирусы и микробы.

В России на данный момент прорабатывается большое число прорывных проектов, связанных с квантовым движком. Им интересуются российские космические концерны.

Силовая установка, работающая на квантовом принципе, может стать основой для создания российского космоплана.

Возможно, квантовый двигатель будет использоваться для создания сверхтяжелой космической ракеты, которая должна появиться в России до 2030 года.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.