Fyysikot tutkivat kvanttimekaanien perusrajoja

Pelataan Chernobylite | Osa 1 | Chernobyliin Sijoittuva Selviytymiskauhu (Saattaa 2019).

Anonim

(Phys.org) -Quantum-moottoreiden tiedetään toimivan eri tavalla kuin - ja joissakin tapauksissa ylittävät - niiden klassiset vastineet. Kuitenkin aikaisempi tutkimus kvanttimekaanien suorituskyvystä saattaa ylittää niiden edut. Uudessa tutkimuksessa fyysikot ovat kehittäneet parannetun menetelmän kvanttimoottoreiden tehokkuuden laskemiseksi. Ne osoittavat, että kvanttijärjestelmien huipputehokkuuteen sovelletaan tiukempia peruslimiittejä kuin ne, jotka on asetettu termodynamiikan toisella lailla, joka ohjaa klassisten järjestelmien tehokkuutta.

Fysiikan Obinna Abah ja Eric Lutz Saksan Friedrich-Alexander-yliopistossa Erlangen-Nürnberg ovat julkaisseet energiaa säästävien kvanttikoneiden paperin EPL: n viimeisimmässä numerossa. Abah on tällä hetkellä Royal Commission on 1851 tutkijan näyttely Queen's Universityssä Belfastissa, Yhdistyneessä kuningaskunnassa.

Minkä tahansa moottorimäärän tai klassisen suorituskyvyn suuruus riippuu suurelta osin sen energiatehokkuudesta (energiatuotannon suhde energian syöttöön) ja sen tehoon (energian tuoton määrä tiettynä ajankohtana). Tavallinen termodynamiikka aiheuttaa kompromisseja moottorin tehokkuuden ja tehon merkityksen välillä, kun lisäät yhtä, muut vähenevät. Kvanttimoottoreille on kuitenkin mahdollista lisätä sekä tehokkuutta että tehoa samanaikaisesti. Tämä tarkoittaa, että asianmukaisilla menetelmillä kvanttimekaaniset moottorit voivat tuottaa enemmän energiaa tuotoksesta tietyn määrän energian syöttöä ja tehdä niin nopeammin kuin ennen parannusta.

Jotkut menetelmät, jotka mahdollistavat samanaikaisen tehokkuuden ja tehon lisäämisen, kutsutaan "pikakäynniksi-adiabiatisiksi" -tekniikoiksi. Adiabaattiset muutokset ovat erittäin toivottavia, koska ne tuhlaavat vähän energiaa, mikä lisää järjestelmän tehokkuutta ja nopeuttaa järjestelmän dynamiikkaa, mikä lisää järjestelmän tehoa. Kuten nimensä mukaan, pikavalinnat adiabaattisuudelle antavat kvanttikoneille jäljitellä adiabaattista toimintaa paljon lyhyemmässä ajassa kuin mitä on mahdollista käyttäen aitoja adiabaattisia muutoksia, jotka ovat äärettömän hidas.

Vaikka edelliset tutkimukset ovat osoittaneet, että etupaneelien oikosulkujen edut lämpövoimalaitosten suorituskyvyn parantamiseksi eivät näissä menetelmissä tyypillisesti ota huomioon pikakomentoprotokollan energiakustannuksia laskettaessa järjestelmän lopullista tehokkuutta. Tämän seurauksena tehokkuuden parannukset, jotka johtuvat oikaisuista adiabaticisuuteen, näyttävät olevan ilmaisia, liioitellen niiden vaikutuksia.

Uudessa tutkimuksessa Abah ja Lutz kehittivät menetelmän, jolla arvioidaan järjestelmän suorituskykyä, joka vastaa näiden pikavalintojen energiakustannuksista. Heidän tuloksensa osoittavat, että adiabaticisuuden pikavalinnat parantavat järjestelmän suorituskykyä vain, jos pikakuvake on riittävän nopea, koska nopeammat pikakuvakkeet pienentävät energiakustannuksia. Toisaalta hyvin hidas pikavalintaprotokollat ​​ovat suurempia energiakustannuksia, jotka voivat ylittää mahdolliset mahdolliset energiahyödyt.

"Työmme osoittaa, että korkeamman tehokkuuden ja suuremman tehon voidaan saavuttaa samanaikaisesti pikakuva-adiabaticty -menetelmien avulla jopa silloin, kun pikakuvakkeiden energinen hinta otetaan huomioon", Abah kertoi Phys.org: lle.

Fyysikot osoittivat myös, että minkä tahansa kvanttimekron tehokkuuden kannalta on olemassa perustavanlaatuinen raja riippumatta siitä, millaisia ​​pikakuvakkeita se käyttää adiabaattisuuteen. Yllättäen kvanttimoottorin rajat ovat tiukempia kuin termodynamiikan toisessa laissa asetetut rajat, mikä asettaa viimeiset rajat klassisten moottoreiden tehokkuudelle.

Kuten fyysikot selittävät, syy kvanttimoottoreiden tiukempiin rajoihin johtuu siitä, että klassinen mekaniikka ei aseta rajoituksia prosessin nopeuteen, kun taas kvanttimekaniikalla on nopeusrajoituksia, jotka annetaan "kvanttiopeusrajoilla". Tutkijat aikovat verrata erilaisia ​​pikatoimintamenetelmiä sen määrittämiseksi, mikä johtaa energiatehokkaaseen koneeseen. Kvanttiopeusrajojen ymmärtäminen ja niiden kvanttijärjestelmien perusrajoitukset ovat välttämättömiä tulevien kvanttimoottorien suunnittelussa.

"Pienimuotoisuuden syntyminen johtaa väistämättä koneisiin, jotka ovat niin pieniä, että niiden dynamiikka noudattaa yleensä kvanttimekaniikan lakeja klassisen mekaniikan sijasta", Abah sanoi. "Niiden ominaisuuksia ohjataan sitten kvanttimoduuleilla."

menu
menu