محرك كمي يجمع بين القدرة والكفاءة المثالية ⚡ экспресс
تواجه المحركات الحرارية التقليدية مقايضة بين القدرة والكفاءة: إذ يستحيل العمل بأقصى قدرة وتحقيق كفاءة كارنو في آنٍ واحد. لكن في الأنظمة الكمومية، وبفضل القفزات الكمومية الجماعية (حين تنتقل الجسيمات بين الحالات بشكل متناسق)، يمكن تجاوز هذا الحد. اقترح العلماء لأول مرة تحقيقاً ملموساً لمحرك كهذا على دوائر فائقة التوصيل - منصة مألوفة أصلاً في الحوسبة الكمومية. يحاكي الجهاز التضخيم الجماعي، مما يسمح بالاقتراب المقارب من كفاءة كارنو عند قدرة محدودة، تماماً مثل فريق تجديف متناغم، حيث تعزز كل ضربة مجداف الحركة الكلية دون تكاليف إضافية.
تعاني المحركات التقليدية من صراع لا هوادة فيه: كلما زادت القدرة، انخفضت الكفاءة. والسبب هو تبدد الطاقة، الذي يسميه الفيزيائيون زيادة الإنتروبيا — مقياس الفوضى.
تفتح قوانين الكم طريقًا بديلًا. فعندما تعمل أنظمة مجهرية كثيرة، مثل الدوائر فائقة التوصيل، لا منفردة بل كمجموعة واحدة، يحدث تضخيم جماعي. الأمر أشبه بالوميض المتزامن لليراعات: كل فرد يتصرف بتناغم مع الآخرين، لينتج وميضًا ساطعًا بلا ضوضاء زائدة. وهكذا هنا: العناصر الكمومية، بتغير حالاتها بتناغم، تطلق طاقة نقية.
نظريًا، يقترب مثل هذا المحرك من المثال الذي حسبه لودفيغ بولتزمان لدورة كارنو. المبدأ قريب من عمل الليزر الذي اكتشفه ماكس بلانك: يبعث عدد كبير من الذرات فوتونات بشكل متزامن. في الجهاز المقترَح، تتزامن انتقالات الحالات في البنى فائقة التوصيل — لاكتشافها حصل جون باردين على جائزة نوبل. وتُضبَط العملية باستخدام أدق قياس ضوئي (قياس الضوء). هذا يمحو التنازل الكلاسيكي، مبشرًا بمحركات المستقبل — قوية وبلا فواقد تقريبًا.
🎯 في الأجهزة المنزلية، يُفقد ما يصل إلى 60-70% من الطاقة على شكل حرارة بسبب الاحتكاك. وفي الأنظمة الكمومية، يختفي هذا الاحتكاك: يحل محله التضخيم الجماعي، ما يسمح بالاقتراب من 100% من الكفاءة القصوى الممكنة نظريًا. مثل هذا المحرك يمكن أن يعمل دون فواقد تقريبًا.