İyonların Dolanıklığı ile Çalışan Yeni Kuantum Motoru
Kuantum maddelerinin garip özellikleri, klasik benzerlerinden daha güçlü ve verimli motorlara yol açacakları umuduyla araştırılıyor. Kuantum fiziğinin çeşitli yönlerinin makinelere nasıl yardımcı olabileceği ve engel olabileceği konusunda hala anlamadığımız çok şey var. Kuantum fiziğinin en ayırt edici özelliklerinden biri olan dolaşıklığın yeni bir araştırması, bunun bir motor tarafından üretilen yararlı enerjiyi artırmaya yardımcı olabileceğini, ancak enerji dönüşüm verimliliğini artıramayacağını gösteriyor.
Kuantum mekaniğinin pek çok yönü gibi dolanıklık da klasik bir dünyada yetişmiş insanlar için pek bir anlam ifade etmez. Einstein ünlü bir şekilde bununla “uzaktaki ürkütücü eylem” olarak alay etmişti – ancak sonunda varlığına dair kanıtlar göz ardı edilemeyecek kadar güçlü hale geldi. Son yirmi yılda fizikçiler, artan mesafelerde daha fazla sayıda atom altı parçacığı birbirine dolama konusunda giderek artan bir başarı elde ettiler.
Kuantum dolanıklığından pratik amaçlarla yararlanma planlarının çoğu bilgi işleme ve iletimi ile ilgilidir, ancak kuantum motorları ve kuantum pilleri de bir yere sahip olabilir.
Geçen yıl, Watt’ın icadından bu yana motorlar tarafından kullanılan ısı farklılıkları yerine bir fermiyon gazından bir bozon yoğuşmasına ve tekrar geri dönüşümü kullanan ilk kuantum motoru gösterildi. Fermiyonlar ve bozonlar spinleri ile ayırt edilen parçacıklardır. Daha da önemlisi, bozonlar fermiyonlardan çok daha fazla kümelenebilir, çünkü aynı anda iki fermiyonun aynı kuantum durumunu işgal etmesini engelleyen Pauli dışlama ilkesi onlar için geçerli değildir. Genişleyen bir fermiyon gazı ile yoğunlaşmış bir Bose-Einstein bozon yoğunluğu arasındaki gidip gelme, küçük pistonları hareket ettirmek için kullanıldı.
Bu ilk motor yüzde 25’lik bir verimliliğe sahipti – ilk deneme için şaşırtıcı bir başarı, ancak şu anki dünyamızı yönlendiren motorlardan çok daha az. Dolayısıyla yarış daha iyi bir şey yapmak için devam ediyor. Birçok makale, her bir parçacığın kuantum durumunun diğerlerininkiyle ayrılmaz bir şekilde bağlantılı olduğu kuantum dolaşıklığı kullanmayı önerdi.
Dr. Zhou Fei, etkilerini ölçmek için kuantum dolaşıklığının derecesinin değiştirilebildiği bir tuzaktaki iki kalsiyum iyonuna dayanan bir kuantum motoru yaratan ekibin bir parçasıydı. Motor, fotonların kırmızı bir lazerden emilmesi, bir genişleme aşaması, sistemi bir kuantum yüküne bağlamak için bir yan bant geçişi ve son olarak sıkıştırma ile başlayan dört zamanlı bir döngüde çalışıyor.
“Çalışmamızın en önemli özelliği, dolanık özelliklere sahip bir kuantum motorunun ilk deneysel gerçekleştirilmesidir. [Dolaşıklığın bir tür ‘yakıt’ işlevi görebileceği niceliksel olarak doğrulandı,” diyor Fei South China Morning Post’a.
“Çalışma maddesi olarak iki dönen iyonun dolaşık durumlarını seçtik ve [onların] titreşim modları yük olarak hareket etti. Lazer frekansı, genliği ve süresinin hassas bir şekilde ayarlanmasıyla iyonlar başlangıçtaki saf hallerinden yüksek oranda dolaşık hallere geçirildi,” diye ekledi Zhou.
Uygulanan her foton için motorun yarattığı titreşim sayısı ile ölçülen dönüşüm verimliliği, dolaşıklık ile iyileşmedi. Bununla birlikte, mekanik verimlilik dolaşıklık ile daha yüksekti, yani aynı girdi için daha fazla yararlı enerji üretildi.
Artan enerjiyle bile, kuantum motorları hala oldukça kısıtlı uygulamalara sahip olacaktır. Örneğin şimdiye kadar sadece mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda çalıştılar. Bununla birlikte, kuantum bilgisayarların çalışmak için zaten bu sıcaklıklara ihtiyaç duymasıyla, kuantum motorları onlarla ilişkili rolleri doldurabilir, ancak bu kavram kanıtından önemli ölçüde genişlemeleri gerekecektir.
Kaynak: https://www.iflscience.com
Derleyen: Figen Berber
Bir Bilgisayar Simülasyonunda Yaşayıp Yaşamadığımızı Nasıl Test Ederiz?