.
A mecânica quântica é um ramo da física que explora as propriedades e interações de partículas em escala muito pequena, como átomos e moléculas. Isto levou ao desenvolvimento de novas tecnologias que são mais poderosas e eficientes em comparação com as suas contrapartes convencionais, causando avanços em áreas como computação, comunicação e energia.
No Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), pesquisadores da Unidade de Sistemas Quânticos colaboraram com cientistas da Universidade de Kaiserslautern-Landau e da Universidade de Stuttgart para projetar e construir um motor baseado nas regras especiais que as partículas obedecem. em escalas muito pequenas.
Eles desenvolveram um motor que utiliza os princípios da mecânica quântica para criar energia, em vez da forma usual de queimar combustível. O artigo que descreve esses resultados é de coautoria dos pesquisadores do OIST Keerthy Menon, Dra. Eloisa Cuestas, Dr. Natureza.
Em um motor de carro clássico, geralmente uma mistura de combustível e ar é acesa dentro de uma câmara. A explosão resultante aquece o gás na câmara, que por sua vez empurra um pistão para dentro e para fora, produzindo trabalho que gira as rodas do carro.
No seu motor quântico, os cientistas substituíram o uso do calor por uma mudança na natureza quântica das partículas do gás. Para compreender como esta mudança pode alimentar o motor, precisamos de saber que todas as partículas na natureza podem ser classificadas como bósons ou férmions, com base nas suas características quânticas especiais.
Em temperaturas muito baixas, onde os efeitos quânticos se tornam importantes, os bósons têm um estado de energia mais baixo que os férmions, e essa diferença de energia pode ser usada para alimentar um motor. Em vez de aquecer e resfriar um gás ciclicamente como faz um motor clássico, o motor quântico funciona transformando bósons em férmions e vice-versa.
“Para transformar férmions em bósons, você pode pegar dois férmions e combiná-los em uma molécula. Esta nova molécula é um bóson. Quebrá-la nos permite recuperar os férmions novamente. Fazendo isso ciclicamente, podemos alimentar o motor sem usar calor ”, explicou o Prof. Thomas Busch, líder da Unidade de Sistemas Quânticos.
Embora esse tipo de motor funcione apenas em regime quântico, a equipe descobriu que sua eficiência é bastante elevada e pode chegar a 25% com o atual conjunto experimental construído pelos colaboradores na Alemanha.
Este novo motor é um desenvolvimento estimulante no campo da mecânica quântica e tem potencial para levar a novos avanços na área florescente das tecnologias quânticas. Mas isso significa que em breve veremos a mecânica quântica alimentando os motores dos nossos carros? “Embora estes sistemas possam ser altamente eficientes, apenas fizemos uma prova de conceito em conjunto com os nossos colaboradores experimentais”, explicou Keerthy Menon. “Ainda existem muitos desafios na construção de um motor quântico útil.”
O calor pode destruir os efeitos quânticos se a temperatura ficar muito alta, por isso os investigadores devem manter o seu sistema o mais frio possível. No entanto, isto requer uma quantidade substancial de energia para executar a experiência a estas baixas temperaturas, a fim de proteger o estado quântico sensível.
Os próximos passos da pesquisa envolverão a abordagem de questões teóricas fundamentais sobre o funcionamento do sistema, otimizando seu desempenho e investigando sua potencial aplicabilidade a outros dispositivos comumente usados, como baterias e sensores.
.
