(Phys.org):se sabe que los motores cuánticos funcionan de manera diferente a, y en algunos casos, superan a sus homólogos clásicos. Sin embargo, Las investigaciones anteriores sobre el rendimiento de los motores cuánticos pueden estar sobreestimando sus ventajas. En un nuevo estudio, Los físicos han desarrollado un método mejorado para calcular la eficiencia de los motores cuánticos. Muestran que la eficiencia última de los sistemas cuánticos está sujeta a límites fundamentales más estrictos que los impuestos por la segunda ley de la termodinámica, que gobierna la eficiencia de los sistemas clásicos.

Los físicos Obinna Abah y Eric Lutz de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nürnberg en Alemania han publicado un artículo sobre las máquinas cuánticas energéticamente eficientes en un número reciente de EPL . Abah es actualmente becario de investigación de la Comisión Real para la Exposición de 1851 en la Queen's University en Belfast, REINO UNIDO.

El rendimiento de cualquier tipo de motor, cuántico o clásico, está determinado en gran medida por su eficiencia energética (la relación entre la producción de energía y la entrada de energía) y su potencia (la tasa de producción de energía en un tiempo dado). La termodinámica convencional impone una compensación entre la eficiencia de un motor y su potencia, es decir, cuando aumenta uno, el otro disminuye. Para motores cuánticos, sin embargo, es posible aumentar la eficiencia y la potencia al mismo tiempo. Esto significa que, con los métodos adecuados, Los motores cuánticos pueden producir potencialmente más energía a partir de una determinada cantidad de energía, y hacerlo a un ritmo más rápido que antes de la mejora.

Algunos de los métodos que permiten el aumento simultáneo de la eficiencia y la potencia se denominan técnicas de "atajo a la adiabaticidad". Las transformaciones adiabáticas son muy deseables porque disipan poca energía, lo que aumenta la eficiencia del sistema y acelera la dinámica del sistema, lo que aumenta la potencia de salida del sistema. Como su nombre lo indica, Los atajos a la adiabaticidad permiten que las máquinas cuánticas imiten la operación adiabática en un tiempo mucho más corto de lo que es posible usando transformaciones adiabáticas genuinas. que son infinitamente lentos.

Aunque investigaciones anteriores han demostrado las ventajas de los atajos a la adiabaticidad para mejorar el rendimiento de los motores térmicos, Por lo general, estos métodos no tienen en cuenta el costo de energía del protocolo de acceso directo al calcular la eficiencia final del sistema. Como resultado, las mejoras de eficiencia debidas a los atajos a la adiabaticidad parecen ser gratuitas, exagerando sus efectos.

En el nuevo estudio, Abah y Lutz desarrollaron un método para evaluar el desempeño de un sistema que tiene en cuenta el costo energético de estos atajos. Sus resultados muestran que los atajos a la adiabaticidad mejoran el rendimiento de un sistema solo si el atajo es lo suficientemente rápido, ya que los atajos más rápidos tienen menores costos de energía. Por otra parte, Los protocolos de atajos muy lentos tienen costos de energía más altos que pueden exceder cualquier ganancia de energía potencial.

"Nuestro trabajo muestra que se puede lograr una mayor eficiencia y mayor potencia al mismo tiempo con la ayuda de métodos de acceso directo a la adiabaticidad, incluso cuando se tiene en cuenta el coste energético del atajo, "Abah dijo Phys.org .

Los físicos también demostraron que existe un límite fundamental para la eficiencia de cualquier motor cuántico, no importa qué tipo de atajos a la adiabaticidad utilice. Asombrosamente, los límites de un motor cuántico son más estrictos que los límites impuestos por la segunda ley de la termodinámica, que establece los límites máximos en la eficiencia de los motores clásicos.

Como explican los físicos, la razón de los límites más estrictos en los motores cuánticos es porque la mecánica clásica no impone restricciones a la velocidad de un proceso, mientras que la mecánica cuántica tiene restricciones de velocidad, que vienen dados por "límites de velocidad cuánticos". Los científicos planean comparar diferentes métodos de atajos para determinar cuál conduce a la máquina más eficiente en energía. Comprender los límites de velocidad cuántica y sus limitaciones fundamentales en los sistemas cuánticos es esencial para diseñar futuros motores cuánticos.

“El advenimiento de la miniaturización conducirá inevitablemente a máquinas que son tan pequeñas que su dinámica generalmente obedecerá las leyes de la mecánica cuántica en lugar de las de la mecánica clásica, ", Dijo Abah." Sus propiedades serán entonces gobernadas por la termodinámica cuántica ".

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