Пар, поднимающийся над горячим металлом, — привычное зрелище на кухне. Но если взять не воду, а рубидий, то такое облачко превращается в аккумулятор. Работает он не на химических реакциях, а на квантовой слаженности атомов.
В эксперименте облачко пара с триллионом атомов рубидия (щелочной металл, похожий на натрий) поместили в стеклянную ячейку. Атомы вели себя как единый оркестр: их спины (внутренние «волчки») вращались синхронно. Это состояние квантовой когерентности — когда множество частиц действуют как одно целое, а не толпа одиночек. Именно такая слаженность позволила запасать энергию. Ёмкость «батареи» измерили напрямую — без сложной томографии, просто подсчитав доступную энергию при разных состояниях облачка. Оказалось, что когерентность сильно увеличивает ёмкость, даже если количество возбуждённых атомов не меняется.
Когда в систему добавили магнитное поле, слаженность атомов стала разрушаться — будто музыканты в оркестре заиграли каждый сам по себе. Вместе с потерей когерентности падала и ёмкость. Учёные проследили чёткую связь: чем меньше порядка, тем меньше энергии можно запасти. Эта зависимость описывается через энтропию — меру беспорядка. Так облачко пара превратилось в наглядную модель квантовой термодинамики, где можно потрогать связь между энергией и информацией.
Выходит, горячий пар — не просто тепло, а потенциальный резервуар квантовой энергии. И чем дружнее работают атомы, тем больше они могут запасти.
Рубидий плавится уже при 39 градусах Цельсия — его можно расплавить в ладони, а пар получить при слабом нагреве.
В романе «Аччелерандо» Чарльза Стросса квантовые состояния используются для хранения и передачи энергии в далёком будущем.