Para hacer que un automóvil funcione, el motor de un automóvil quema gasolina y convierte la energía del calor de la gasolina en combustión en trabajo mecánico. En el proceso, sin embargo, se desperdicia energía; un automóvil típico solo convierte alrededor del 25 por ciento delenergía de la gasolina en energía útil para hacerla funcionar.
Los motores que funcionan con una eficiencia del 100 por ciento son aún más ciencia ficción que hechos científicos, pero una nueva investigación de la Universidad de Rochester puede acercar a los científicos un paso más hacia la demostración de una transferencia ideal de energía dentro de un sistema.
Andrew Jordan, profesor de física en Rochester, recibió recientemente una subvención de $ 1 millón por tres años de la Fundación Templeton para investigar motores de medición cuántica, motores que utilizan los principios de la mecánica cuántica para funcionar con una eficiencia del 100 por ciento.La investigación, que se llevará a cabo con investigadores co-principales en Francia y en la Universidad de Washington St. Louis, podría responder preguntas importantes sobre las leyes de la termodinámica en los sistemas cuánticos y contribuir a tecnologías como motores y computadoras cuánticas más eficientes.
"La subvención aborda varias preguntas importantes sobre nuestro mundo natural", dice Jordan.
FÍSICA A PEQUEÑO NIVEL
Los investigadores han descrito previamente el concepto de motores de medición cuántica, pero la teoría nunca se ha demostrado experimentalmente.
En el mundo cuántico microscópico, las partículas exhiben propiedades únicas que no se alinean con las leyes clásicas de la física tal como las conocemos. Jordan y sus colegas usarán circuitos superconductores para diseñar experimentos que puedan llevarse a cabo dentro de un sistema cuántico realista.En estos experimentos, los investigadores estudiarán cómo funcionan las leyes de la energía, el trabajo, la potencia, la eficiencia, el calor y la entropía a nivel cuántico. Estos conceptos actualmente se comprenden poco en la mecánica cuántica.
TAREAS DE PODER MICROSCÓPICO
Los motores de medición cuántica pueden funcionar en entornos microscópicos para tareas de energía muy pequeña, como moverse alrededor de un átomo o cargar un circuito miniaturizado. En estas capacidades, pueden ser componentes importantes para las computadoras cuánticas.
Sin embargo, este tipo de motor no se puede usar actualmente para alimentar un automóvil; la potencia en un motor de medición cuántica se mide en la unidad de picowatts, con un picowatt igual a una millonésima de millonésima de vatio. A modo de comparación, un solobombilla tiene aproximadamente 60 vatios de potencia.
"Las escalas de potencia involucradas, números como picowatts, indican la gran brecha entre nuestros intereses humanos y estos pequeños motores", dice Jordan.
Una forma de hacer motores de medición cuántica para actividades a escala humana puede ser "a través de la paralelización masiva", dice Jordan. "Cada dispositivo solo produce una pequeña cantidad de energía, pero al hacer que miles de millones de ellos trabajen juntos, podría hacer un macroscópicomotor desde cero. "
UN NUEVO TIPO DE COMBUSTIBLE
Jordan y su equipo también investigarán otra área importante de investigación: cómo podría ser posible extraer trabajo de un sistema usando el entrelazamiento como combustible. En el entrelazamiento, uno de los conceptos básicos de la física cuántica, las propiedades deuna partícula está interconectada con las propiedades de otra, incluso cuando las partículas están separadas por una gran distancia. El uso del entrelazamiento como combustible tiene la característica posiblemente revolucionaria de crear un motor no local; la mitad de un motor podría estar en Nueva York, mientras que ella otra mitad podría estar en California. La energía no estaría en manos de ninguna de las dos mitades del sistema, sin embargo, las dos partes aún podrían compartir energía para alimentar ambas mitades de manera competente.
"Demostraremos que el motor puede, en principio, ser perfectamente eficiente", dice Jordan. "Es decir, habría una transferencia ideal de energía desde el aparato de medición al sistema cuántico".
El premio de la fundación refleja la importancia de la tecnología cuántica como una prioridad nacional e internacional, y el papel clave de Rochester en la empresa. El proyecto en sí se basa en la sólida historia de investigación de Rochester en óptica y física y los esfuerzos actuales para desentrañar mejor los misterios de la tecnología cuántica.mecánica.
"La Universidad de Rochester tiene una fuerza existente en la física cuántica, y de hecho fue el lugar de nacimiento del campo de la óptica cuántica", dice Jordan. "Tenemos una buena colección de investigadores de calidad en el lugar, un legado histórico de la física cuántica,y el apoyo continuo de la Universidad a la física cuántica ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rochester . Original escrito por Lindsey Valich. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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