क्वांटम माप एक छोटे, हाइपर-कुशल इंजन को शक्ति दे सकता है

एक पहाड़ी ऊपर एक गेंद को धक्का देने के लिए ऊर्जा लेता है। एक क्वांटम इंजन बार-बार माप करके समान काम करने में सक्षम हो सकता है।

एड्रियन ChoJul द्वारा। 10, 2018, 6:40 अपराह्न

आप कम से कम क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, इसे परेशान किए बिना परमाणु को माप नहीं सकते हैं। यह प्रभाव एक उपद्रव की तरह प्रतीत हो सकता है, लेकिन यह एक छोटे इंजन को शक्ति दे सकता है जो लगभग 100% दक्षता के साथ चल सकता है-एक कार इंजन से कहीं अधिक, भौतिक विज्ञानी रिपोर्टों की एक जोड़ी। इस पल के लिए, 'मापन इंजन' पूरी तरह से काल्पनिक है, लेकिन भौतिकविदों का कहना है कि वास्तव में एक बनाना संभव हो सकता है।

फ्रांस के मोंटबोनोट-सेंट-मार्टिन में एआई कंपनी प्रोबियस के एक भौतिक विज्ञानी डेविड हेरेरा मार्टि कहते हैं, 'यह एक बहुत अच्छा विचार है, जो क्वांटम कंप्यूटिंग में निवेश करता है। 'आप कल्पना कर सकते हैं कि छोटी आणविक मशीनों का झुंड है जो लेजर के साथ बहुत कुशलतापूर्वक संचालित होते हैं।'

एक इंजन एक मशीन है जो ऊर्जा को उपयोगी काम में बदलने के लिए आंदोलनों के एक चक्र को दोहराती है - जैसे आपकी कार सड़क पर धक्का देना। अधिकांश इंजन एक 'गर्म स्नान' से गर्मी ऊर्जा लेते हैं-आपकी कार के इंजन में, विस्फोटक ईंधन द्वारा उत्पादित गर्म गैस। चिपकने के लिए, एक इंजन को बार-बार अपनी मूल विन्यास पर वापस जाना चाहिए और प्रक्रिया में, इसे 'ठंडे स्नान' में कुछ गर्मी खोनी चाहिए-आपकी कार, पर्यावरण के लिए। थर्मोडायनामिक्स के दूसरे कानून द्वारा आवश्यक, ऊर्जा की अपरिवर्तनीय अपशिष्ट स्नान के तापमान द्वारा निर्धारित स्तर के नीचे एक ताप इंजन की दक्षता को गंभीर रूप से सीमित करती है। एक सामान्य कार गैसोलीन में लगभग 25% ऊर्जा को गति में परिवर्तित करती है।

हालांकि, बहुत छोटे क्वांटम दायरे में, एक इंजन ऊर्जा के एक अलग स्रोत को दूर कर सकता है-एक छोटे कण की स्थिति को मापने के लिए आवश्यक ऊर्जा - और लगभग पूर्ण दक्षता के साथ इसका उपयोग करें, सिरिल एलौर्ड और एंड्रयू जॉर्डन का कहना है न्यू यॉर्क में रोचेस्टर विश्वविद्यालय। दोनों ने एक ऐसी योजना तैयार की है जो उदाहरण के लिए, गुरुवार को अपनी स्थिति को मापने की कोशिश करके गुरुत्वाकर्षण खींचने के खिलाफ एक कण उठा सकती है।

एक लिफ्ट की मंजिल पर बैठे एक गेंदबाजी गेंद की कल्पना करो। कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप इसे कितनी बार देखते हैं, इसकी स्थिति निश्चित रहेगी। लेकिन गेंदबाजी गेंद को छोटा करें, कहें, छोटे चलने वाले प्लेटफॉर्म पर एक न्यूट्रॉन, और क्वांटम यांत्रिकी नाटकीय रूप से तस्वीर को बदलता है। चूंकि न्यूट्रॉन इतना छोटा है, इसकी स्थिति अब बिल्कुल भविष्यवाणी नहीं की जा सकती है। इसके बजाए, न्यूट्रॉन को एक फैला हुआ क्वांटम तरंग द्वारा वर्णित किया जाना चाहिए जो इसे विभिन्न स्थानों में खोजने की संभावना देता है। क्वांटम तरंग मंच के ऊपर घूमने वाले बादल की तरह थोड़ा सा है, प्लेटफॉर्म के पास घने जहां न्यूट्रॉन होने की संभावना है और पतली ऊंची है। यह तब तक नहीं है जब माप होता है कि न्यूट्रॉन की स्थिति ज्ञात हो जाती है।

क्वांटम मापन, एलौर्ड और जॉर्डन की या तो प्रकृति को एक्सप्लोर करना यह मापने के लिए कि क्या न्यूट्रॉन प्लेटफॉर्म के ऊपर एक सेट दूरी के भीतर हो रहा है या यदि यह आगे है। अगर न्यूट्रॉन निकट क्षेत्र के अंदर है, तो वे अकेले मंच छोड़ देते हैं। यदि न्यूट्रॉन उस करीबी क्षेत्र से बाहर है, तो वे प्लेटफार्म को उसी सेट दूरी से ऊपर ले जाते हैं, अनिवार्य रूप से न्यूट्रॉन को पकड़ने से पहले गुरुत्वाकर्षण इसे वापस खींचता है। शोधकर्ताओं ने धीरे-धीरे गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ न्यूट्रॉन को हटा दिया, शोधकर्ताओं ने भौतिक समीक्षा पत्रों में प्रकाशित एक अध्ययन में रिपोर्ट की। उत्सुकता से, मंच स्वयं न्यूट्रॉन को बढ़ाने के लिए कभी भी बल नहीं लगाता है। इसके बजाय, न्यूट्रॉन को उठाने की ऊर्जा माप से ही आती है।

हालांकि, एक पकड़ है। माप न्यूट्रॉन क्वांटम तरंग भी बदलता है। और यह मापने के लिए कि न्यूट्रॉन प्लेटफॉर्म के नजदीक है या नहीं, मूल लहर के आधा भाग बंद कर देता है। उस हैकसॉ संशोधन के लिए बहुत सारी ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, अगले इंजन चक्र के लिए तैयार होने के लिए, इस जंजीर लहर को मूल चिकनी आकार में 'आराम' करना चाहिए, जिसका अर्थ है कि इसे अपने आसपास के अधिकांश ऊर्जा को अवशोषित करना चाहिए। उन दो प्रभाव इंजन की दक्षता खराब कर देते हैं।

इस तरह के नुकसान से बचने के लिए, एलौर्ड और जॉर्डन एक अंतिम महत्वपूर्ण घटक नियुक्त करते हैं: कम जानकारीपूर्ण माप। वे माप को बदलने की कल्पना करते हैं ताकि 'आउट' की परिभाषा एक ही रहती है- न्यूट्रॉन प्लेटफॉर्म से निश्चित दूरी से परे है। लेकिन 'इन' की परिभाषा योनि बन जाती है: इसका मतलब केवल कण कुछ अधिक दूरी के भीतर है सतह से। यदि न्यूट्रॉन दो सीमाओं के बीच अस्पष्टता से बैठता है, तो क्वांटम माप अनियमित रूप से या तो 'बाहर' या 'अंदर' उत्पन्न करेगा।

अजीब बात यह है कि कम निश्चित माप एक बड़ा बोनस प्रदान करता है। चीजों को ठीक से ट्यून करें, और जब माप 'अंदर' कहता है, तो यह न्यूट्रॉन की क्वांटम तरंग लगभग अपरिवर्तित छोड़ देता है। जब यह 'बाहर' कहता है, तो माप मूल लहर के समान लगभग एक लहर में न्यूट्रॉन छोड़ देता है, लेकिन ऊपर की तरफ स्थानांतरित होता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि उन दो ओवरलैपिंग तरंगें मूल रूप से इतनी बारीकी से मिलती हैं कि इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि परिणाम में बहुत कम ऊर्जा खो जाती है और न्यूट्रॉन अगले चक्र को शुरू करने के लिए तैयार है। हेरेरा मार्टि का कहना है, 'यह सबसे अच्छा हिस्सा है।'

इंजन 99.8% दक्षता, एलौर्ड और जॉर्डन की गणना के साथ चला सकता है। जॉर्डन का कहना है कि ऐसा इंजन बनाना संभव हो सकता है। वह कहता है, 'आप इसके साथ एक लोकोमोटिव नहीं चलाएंगे,' लेकिन आप परमाणु या अणु चला सकते हैं। ' हालांकि, इस तरह की मशीन को अवशेषों के लिए अच्छा लगेगा।

बेशक, व्यापार-बंद हैं। कम निश्चित मापों को नियोजित करने के लिए न्यूट्रॉन को उठाने के लिए कई चक्रों की आवश्यकता होती है। तो क्वांटम मापन इंजन, कुशल होने पर, धीरे-धीरे अपना काम करता है। आखिरकार, इंजन थर्मोडायनामिक्स के दूसरे कानून से बच नहीं सकता है, हेरेरा मार्टि नोट्स। हालांकि शोधकर्ता अपने माप उपकरण को निर्दिष्ट नहीं करते हैं, लेकिन यह एक मैक्रोस्कोपिक मशीन होनी चाहिए जिसे ऊर्जा बर्बाद करनी होगी, वह कहता है। फिर भी, मापन इंजन ने क्वांटम मैकेनिक के टूलबॉक्स में एक नया टूल लगाया।