Rochester Üniversitesi’nin öncü çalışmaları, gelecekte enerji verimliliğinde devrim niteliğinde bir dönüşümün kapılarını aralayabilir.
Benzin yandığında, ısı enerjisine dönüşür ve otomobilin motoru tarafından mekanik iş gerçekleştirmek için kullanılır. Ancak bu süreçte enerji kaybı yaşanır; Tipik bir arabanın çalışması için benzindeki enerjinin yalnızca %25’i yararlı enerjiye dönüşür.
Tam verimli motorlar hala gerçeklikten ziyade bilim kurgu olsa da, Rochester Üniversitesi’nde yapılan son araştırma, bilim insanları bir sistem içinde mükemmel enerji transferini kanıtlamaya daha da yaklaştırabilir.
Templeton Vakfı’ndan üç yıllık 1 milyon dolarlık bir hibe, Rochester Üniversitesi fizik profesörü Andrew Jordan’a, kuantum ölçüm motorları veya tamamen kuantum mekaniği prensipleriyle çalışan motorlar üzerinde çalışması için verildi.
Araştırmacılar kuantum sistemlerde termodinamiğin ilkelerine ilişkin önemli soruları ele almayı ve kuantum bilgisayarlar ve daha verimli motorlar gibi teknolojilerin geliştirilmesine değerli bir katkı sağlamayı amaçlıyor.
Küçük Ölçekli Fizik
Kuantum ölçüm motorları fikri daha önce ortaya atılmış olmasına rağmen, teori hiçbir zaman deneylerle kanıtlanmamıştır.
Mikroskobik kuantum ortamındaki parçacıklar klasik fiziğin kabul edilen ilkelerine meydan okuyan özel ve kompleks özelliklere sahiptir. Jordan ve ekibi, süperiletken devreler kullanarak gerçekçi bir kuantum sistemi içinde gerçekleştirebilecek deneyler tasarlayacak. Kuantum mekaniğinin sınırlı anlayışa sahip olduğu konular ile ilgili araştırmalar yapacaktır. Bu konulara enerji, iş, güç, verimlilik ve entropi yasaları örnek olarak gösterilebilir.
Mikroskobik Gücün İşlevleri
Kuantum ölçüm motorlar son derece düşük güç senaryolarında çalışabilir. Bir atomu hareket ettirmek veya minyatür bir devreyi yüklemek gibi son derece düşük güçlü işlemler için kuantum ölçüm motorları mikroskobik ortamlarda çalışabilir. Bu kapasitelerde kuantum hesaplamada önemli roller oynayabilirler. Ancak bu motorlar günümüzde bir arabayı çalıştırmak için yeterli gücü sağlayamaz. Buna ek olarak kuantum motorlarının gücü pikowatt (bir watt’ın bir milyarda biri) cinsinden ifade edilir. Daha net bir ifadeyle karşılaştırmak gerekirse bir ampulün yaklaşık 60 watt gücü vardır.
Jordan’a göre “büyük paralelleştirme”, insan ölçekli operasyonlarda kullanılmak üzere kuantum ölçüm motorları yaratmaya yönelik bir yaklaşım olabilir. Jordan bu motorların insan ölçeğindeki işler için milyarlarca küçük motorun bir araya gelerek oluşacak olan makroskobik motorun büyük bir güç üretebileceğini belirtiyor.
Yenilikçi Bir Yakıt Dolanıklık
Bununla birlikte, dolanıklılık adında bir kuantum özelliğinin yakıt olarak kullanılması da Jordan ve ekibinin araştırma konusu olacak. Dolanıklılık, iki parçacık birbirinden çok uzak mesafede olsa bile bu parçacıklar birbirinden eşzamanlı olarak etkilenirler. Fiziksel olarak ayrı bölgelerde bulunan iki parçacığın etkileşimi sayesinde farklı lokasyonlarda bulunan fakat aynı işi yapan yerel olmayan motorlar geliştirmek mümkün olabilir. Motorun bir yarısı Kaliforniya’da, diğer yarısı ise New York’ta bulunabilir. Bu potansiyel olarak devrim niteliğinde bir özelliktir. Sistemin her iki kısmı da enerjiyi tutmasa bile, birbirlerine etkili bir şekilde güç sağlamak için enerjiyi paylaşabilir.
Jordan şöyle diyor: “Motorun teoride mükemmel derecede verimli olabileceğini göstereceğiz.” Yani ölçüm cihazından kuantum sistemine enerji aktarımı mükemmel olacaktır.
Vakıf ödülü, Rochester’ın projeye önemli katılımının yanı sıra kuantum teknolojisinin ulusal ve dünya çapında bir öncelik olarak önemini de takdir ediyor. Projenin kendisi, kuantum mekaniğini ve Rochester’ın zengin fizik ve optik araştırma geçmişini daha iyi anlamaya yönelik mevcut çabaları genişletiyor.
Jordan’a göre, “Rochester Üniversitesi’nin kuantum fiziğinde başarılı bir geçmişi var ve aslında kuantum optiği alanında öncüydü.” “Kuantum fiziğinin zengin bir tarihsel mirasına, mükemmel araştırmacılardan oluşan güçlü bir havuza ve bu alana yönelik devam eden üniversite desteğine sahibiz.”
Haber Kaynağı: scitechdaily.com/perfect-energy-efficiency-quantum-engines-with-entanglement-as-fuel/
Haberi Derleyen: İnci Nisa Çakır – Makine Mühendisi – Çankaya Üniversitesi
