Физики совершили шаг к переосмыслению привычных представлений о тепле: им удалось создать квантовый тепловой двигатель, который одновременно производит работу и обеспечивает охлаждение. Такое сочетание функций в одном устройстве ранее считалось недостижимым в рамках классических законов термодинамики.
Команда исследователей из Университета Цюйфу, Университета Гонконга и Университета Палермо обнаружила аномальный тепловой эффект: квантовая система способна поглощать тепло из более холодных резервуаров. На базе этого явления учёные сконструировали квантовый двигатель Отто, реализующий сразу два действия — выработку полезной работы и охлаждение другой системы. Для классической техники это потребовало бы двух отдельных устройств с разной конструкцией.
Ключевым фактором необычного поведения стал принцип неопределенного причинно-следственного порядка (ICO): в квантовом мире два тепловых процесса могут происходить в суперпозиции разных последовательностей. Это и формирует аномальный тепловой поток, позволяющий извлекать энергию из более холодной среды — явление, невозможное в классической физике. Эксперимент реализовали на фотонной платформе: результаты полностью подтвердили теоретические предсказания.
Основная идея нашей статьи заключается в том, что в квантовом мире два тепловых процесса могут происходить в суперпозиции разных порядков. Это создает необычный тепловой поток, позволяющий двигателю получать энергию из более холодной среды, что было бы невозможно в классической физике.
Помимо демонстрации самого эффекта, авторы прояснили важный теоретический вопрос: подобные аномалии не являются исключительной особенностью неопределенного причинно‑следственного порядка и могут проявляться и в рамках определенной причинно‑следственной структуры. Это расширяет перспективы практического применения подхода.
Сейчас устройство остается доказательством принципа, но у него есть потенциал для реальных технологий. В будущем такая схема может лечь в основу систем охлаждения квантовых процессоров, управления теплом в квантовых датчиках, технологиях визуализации и наноустройствах. Следующим этапом исследований станет изучение реализаций, где все операции выполняются за конечное время: это важно для оценки эффективности и выходной мощности в практических устройствах.
Ранее Наука Mail рассказывала, что в России открыли комплекс по испытаниям экотоплива на любых двигателях.