Энергетика Физик обозначил пределы точности квантовых тепловых машин Японский исследователь впервые вывел универсальные границы, ограничивающие точность работы конечномерных квантовых тепловых машин. Эти фундаментальные ограничения, на которые влияет квантовая когерентность, действуют независимо от конструкции устройства или способа управления им. Автор Наука Mail Иллюстрация квантовой батареиИсточник: Ёсихико Хасегава Физик Йосихико Хасегава из Токийского университета определил фундаментальные пределы точности для квантовых тепловых машин. Эти устройства, использующие квантово-механические эффекты для преобразования энергии в работу или охлаждение, считаются перспективной технологией будущего. Однако до сих пор не было ясно, какие принципиальные ограничения мешают сделать их работу сколь угодно точной. Ранее термодинамические соотношения неопределенности показывали, что для повышения точности любой тепловой машины необходимы дополнительные затраты, выраженные в производстве энтропии . Однако, как объяснил Хасегава, эти соотношения в принципе не запрещают бесконечно увеличивать производство энтропии, что теоретически открывало путь к сколь угодно высокой точности. Для реальных квантовых устройств, имеющих конечные размеры, это невозможно. Физик поставил перед собой задачу найти те пределы, которые накладывает на точность сама структура конечномерной квантовой системы, еще до рассмотрения ее динамики. Иллюстрация множества достижимых состояний квантовых тепловых машинИсточник: Ёсихико Хасегава В своей работе ученый рассмотрел общую открытую квантовую систему, взаимодействующую со средой, где и система, и среда обладают ограниченным числом возможных состояний. Используя теоретико-информационное неравенство и инструменты из области квантового охлаждения, он вывел новые математические границы для наименьшего собственного значения состояния среды после любой возможной динамики. Сочетание этого подхода со спектральными свойствами состояний Гиббса позволило получить универсальные границы, не зависящие от конкретного способа управления машиной. Особое внимание в исследовании уделено роли квантовой когерентности. Сравнив среду с классическим тепловым состоянием и с когерентным состоянием Гиббса, Хасегава показал, что когерентность способна сужать выведенные границы точности, уменьшая флуктуации. Ключевой концептуальный вклад работы заключается в переходе от зависящих от динамики компромиссов между стоимостью и точностью к универсальным ограничениям, справедливым для любой возможной динамики. Таким образом, в статье впервые определены абсолютные фундаментальные ограничения на точность конечномерной квантовой тепловой машины. Практическим применением этого подхода стал анализ квантовой батареи. Хасегава показал, что для таких устройств существует очевидный компромисс: невозможно одновременно хранить большое количество энергии и достигать сколь угодно высокой точности в процессе ее зарядки. Ранее Наука Mail рассказывала , что в МАИ создают двигатель для тяжелых дронов и аэротакси. Поделиться Source: https://science.mail.ru/news/40552-fizik-oboznachil-predely-tochnosti-kvantovyh-teplovyh-mashin/