دایرةالمعارف دانش بنیان ها (۱۹۱)؛
موتور های کوانتومی به عنوان یک فناوری نوین در حال ظهور هستند که از اصول مکانیک کوانتومی برای تولید انرژی استفاده می کنند؛ این موتور ها همانند سایر عرصه های تکنولوژی آینده ای دارند که میتواند جهان تکنولوژی را متحول کند.
به گزارش خبرنگار خبرگزاری آنا این موتور ها به جای اتکا به سوخت های فسیلی یا گرما از خواص خاص ذرات در دنیای کوانتومی بهره می برند. در اینجا به بررسی برخی از جدیدترین پیشرفت ها و ویژگی های موتور های کوانتومی می پردازیم.
ساخت اولین موتور کوانتومی
دانشمندان موفق به ساخت اولین موتور کوانتومی جهان شده اند که با استفاده از برهم کنش بین فرمیون ها و کندانس های بوز-اینشتین کار می کند. این موتور با استفاده از خواص کوانتومی ذرات انرژی تولید می کند. موتور های مبتنی بر درهم تنیدگی: تیمی از آکادمی علوم چین نیز یک موتور کوانتومی توسعه داده اند که کاملاً بر اساس درهمتنیدگی کوانتومی عمل می کند.
در این سیستم اتم های کلسیم با استفاده از لیزر به حالت های درهمتنیده تحریک می شوند و مراحل مختلفی را برای تولید انرژی طی می کنند.
نحوه تبدیل انرژی در موتور های کوانتومی
۱. تونلزنی الکترون ها
یکی از ویژگی های بارز مکانیک کوانتومی تونلزنی است که به الکترون ها اجازه می دهد تا از موانع انرژی عبور کنند. این فرآیند می تواند در سیستم های بیولوژیکی مانند میتوکندری ها مشاهده شود که در آنها الکترون ها از طریق تونلزنی به محل واکنش منتقل می شوند و انرژی شیمیایی را به شکل ATP (آدنوزین تری فسفات) ذخیره می کنند.
۲. انسجام کوانتومی
در برخی سیستم های بیولوژیکی مانند سیستم های فتوسنتزی انسجام کوانتومی ممکن است نقش مهمی در انتقال انرژی داشته باشد. این انسجام باعث می شود که الکترون ها با کارایی بالا از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل شوند و در نتیجه انرژی شیمیایی به شکل مؤثرتری به انرژی مکانیکی تبدیل شود.
۳. استفاده از خواص کوانتومی
موتور های کوانتومی ممکن است از خواص خاصی مانند دوگانگی موج-ذره برای کنترل و بهره برداری از انرژی استفاده کنند. به عنوان مثال در برخی مدل ها ذرات به عنوان امواج رفتار کرده و می توانند با یکدیگر تعامل کنند تا انرژی را به صورت مؤثرتر منتقل کنند
تفاوت های اصلی بین موتور های کوانتومی و موتور های احتراقی
۱. اصول کارکرد
موتور های احتراقی: این موتور ها انرژی شیمیایی سوخت را از طریق احتراق به انرژی حرارتی تبدیل می کنند که سپس به کار مکانیکی تبدیل می شود. در این سیستم سوخت در داخل سیلندر محترق می شود و انرژی حاصل از آن برای حرکت پیستون ها و تولید نیروی مکانیکی استفاده می شود
موتور های کوانتومی: این موتور ها از اصول مکانیک کوانتومی بهره می برند و معمولاً بر اساس برهمکنش ذرات در مقیاس کوانتومی عمل می کنند. به جای احتراق این موتور ها از تغییرات حالت کوانتومی برای تولید انرژی استفاده می کنند که ممکن است شامل فرآیند هایی مانند برهم کنش بوزون ها و فرمیون ها باشد.
۲. راندمان انرژی
موتور های احتراقی: راندمان این موتور ها معمولاً بین ۳۵ تا ۴۵ درصد است که به دلیل اتلاف حرارت و ناکارآمدی های دیگر در فرآیند احتراق است
موتور های کوانتومی: این موتور ها پتانسیل بالاتری برای راندمان انرژی دارند زیرا می توانند انرژی را با حداقل اتلاف تولید کنند. به عنوان مثال برخی از تحقیقات نشان داده اند که موتور های کوانتومی می توانند راندمان هایی بالاتر از ۲۵ درصد را هدف قرار دهند.
۳. ساختار و پیچیدگی
موتور های احتراقی: ساختار این موتور ها شامل سیلندرها پیستون ها سوپاپ ها و سیستم های احتراق است که نیازمند اجزای مکانیکی متعدد و پیچیده هستند
موتور های کوانتومی: این موتور ها معمولاً دارای ساختار ساده تری هستند و بیشتر بر روی سیستم های الکترونیکی و کوانتومی تمرکز دارند. آنها ممکن است شامل تله های یونی یا سیستم های لیزری باشند که برای کنترل حالت های کوانتومی طراحی شده اند.
۴. تأثیرات زیست محیطی
موتور های احتراقی: این موتور ها معمولاً با انتشار گاز های گلخانه ای و آلاینده ها همراه هستند که تأثیرات منفی بر محیط زیست دارند
موتور های کوانتومی: با توجه به اینکه این موتور ها نیازی به سوخت فسیلی ندارند و از فرآیند های غیرآلاینده استفاده می کنند پتانسیل کمتری برای آلودگی محیط زیست دارند.
۵. کاربرد ها
موتور های احتراقی: این موتور ها در خودروها هواپیما ها و انواع دیگر وسایل نقلیه به طور گسترده ای استفاده می شوند.
موتور های کوانتومی: هنوز در مراحل تحقیقاتی هستند و کاربرد های عملی آنها در آینده ممکن است شامل تولید انرژی پاک یا سیستم های حمل ونقل پیشرفته باشد.
با توجه به پیشرفت های علمی در زمینه فناوری های کوانتومی انتظار می رود که موتور های کوانتومی بتوانند در آینده جایگزین مناسبی برای موتور های احتراقی شوند. پیشرفت های چشمگیر چالش هایی نیز وجود دارد.
حفظ حالت حساس کوانتومی نیازمند دما های بسیار پایین است و این امر نیازمند انرژی قابل توجهی برای انجام آزمایشات است همچنین هنوز مشخص نیست که آیا این فناوری به زودی قابل استفاده در صنایع مختلف خواهد بود یا خیر.
موتور های کوانتومی نمایانگر یک جهش بزرگ در فناوری انرژی هستند و ممکن است در آینده نزدیک تأثیرات عمیقی بر صنعت و حمل و نقل داشته باشند.