क्वूफ़ू नॉर्मल यूनिवर्सिटी, हांगकांग और पलेर्मो के शोधकर्ताओं ने एक ऊष्मीय क्वांटम इंजन के विकास की घोषणा की है। इस नए इंजन में एक ही समय में कार्य और शीतलन दोनों उत्पन्न करने की क्षमता है। यह अध्ययन, जो घटना के सैद्धांतिक और प्रायोगिक साक्ष्यों को जोड़ता है, को फिजिकल रिव्यू लेटर्स पत्रिका में प्रकाशित किया गया था।
इस खोज की शुरुआत एक असामान्य तापीय प्रभाव के अवलोकन से हुई: एक क्वांटम प्रणाली जो ठंडे तापीय जलाशयों से गर्मी अवशोषित करती है। यह व्यवहार स्थापित शास्त्रीय सिद्धांत का खंडन करता है, जिसके अनुसार गर्मी हमेशा गर्म क्षेत्रों से ठंडे क्षेत्रों में स्वतः स्थानांतरित होती है जब तक कि तापीय संतुलन प्राप्त नहीं हो जाता, जो रेफ्रिजरेटर और बिजली संयंत्रों जैसी प्रौद्योगिकियों के लिए एक आवश्यक सिद्धांत है।
यह घटना अनिश्चित कारण क्रम (ICO) की अवधारणा से आंतरिक रूप से जुड़ी हुई है। सह-लेखक ज़ोंग-शियाओ मान ने Phys.org को समझाया कि ICO दो घटनाओं को क्रमों के सुपरपोजिशन में मौजूद होने की अनुमति देता है। क्वांटम थर्मोडायनामिक्स में, इन घटनाओं को थर्मलाइजेशन चैनलों के रूप में दर्शाया जाता है जो नियंत्रण क्यूबिट के माध्यम से एक प्रणाली पर कार्य करते हैं, जिससे यह अनिश्चित क्रम उत्पन्न होता है।
मान ने आगे कहा कि पिछले शोधों ने पहले ही प्रदर्शित किया था कि समान तापमान पर चैनल का उपयोग करते हुए भी, प्रणाली को उस तापमान पर स्थिर होने की आवश्यकता नहीं थी, जो पारंपरिक थर्मोडायनामिक्स से एक महत्वपूर्ण विचलन का प्रतिनिधित्व करता है। इसके साथ, टीम ने जांच की कि जब प्रणाली और चैनल अलग-अलग तापमान वाले होते हैं तो गर्मी प्रवाह के साथ क्या होता है। मान ने कहा: 'हमारे लेख का मुख्य विचार यह है कि क्वांटम दुनिया में, दो तापीय प्रक्रियाएं विभिन्न क्रमों के सुपरपोजिशन में हो सकती हैं। यह एक असामान्य गर्मी प्रवाह बनाता है, जिससे इंजन एक ऐसे तरीके से ऊर्जा निकाल सकता है जो शास्त्रीय रूप से संभव नहीं होगा।'
इस असामान्य गर्मी प्रवाह के आधार पर, वैज्ञानिकों ने एक क्वांटम ओटो इंजन की परिकल्पना की, जो गर्मी को उपयोगी ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक उपकरण है। पारंपरिक ओटो इंजनों के विपरीत, यह उपकरण एक क्वांटम चक्र संचालित करता है जो उपयोगी कार्य उत्पन्न कर सकता है और एक साथ शीतलन प्रदान कर सकता है, जिसके लिए सामान्य रूप से दो अलग-अलग उपकरणों की आवश्यकता होगी। असामान्य प्रवाह और इंजन दोनों का प्रायोगिक रूप से एक फोटोनिक प्लेटफॉर्म पर परीक्षण किया गया, और परिणामों ने पूरी तरह से टीम की सैद्धांतिक भविष्यवाणियों की पुष्टि की।
सह-लेखक गुइलिओ चिरिबेला ने काम की तीन महत्वपूर्ण प्रगति पर प्रकाश डाला। सबसे पहले, एक नई प्रकार की असामान्य गर्मी प्रवाह की पहचान की गई, जिससे यह साबित हुआ कि क्वांटम सुसंगतता गर्मी के आदान-प्रदान को प्रणालियों के बीच नाटकीय रूप से संशोधित कर सकती है। दूसरे, एक फोटोनिक प्लेटफॉर्म पर इन गैर-पारंपरिक ऊष्मागतिक प्रभावों का पूर्ण सैद्धांतिक और प्रायोगिक प्रदर्शन किया गया। अंत में, यह साबित हुआ कि ऐसे प्रभाव केवल अनिश्चित कारण क्रम तक ही सीमित नहीं हैं, बल्कि एक परिभाषित कारण संरचना के भीतर भी दोहराए जा सकते हैं।
हालांकि प्रस्तुत इंजन अभी भी केवल एक अवधारणा प्रमाण है, लेखक सुझाव देते हैं कि डिजाइन और असामान्य गर्मी प्रवाह को क्वांटम प्रौद्योगिकियों के विकास में लागू किया जा सकता है। इनमें क्वांटम प्रोसेसर का शीतलन, क्वांटम सेंसर में गर्मी प्रबंधन, और इमेजिंग और नैनोस्केल उपकरणों में शामिल हैं। सह-लेखक रोसारियो लो फ्रान्को ने संकेत दिया कि भविष्य के शोध को आदर्श ऊष्मागतिक चक्रों से परे जाने पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए, अधिक व्यावहारिक कार्यान्वयनों की जांच करनी चाहिए जहां सभी संचालन सीमित समय में होते हैं। लो फ्रान्को ने टिप्पणी की कि हाल के अध्ययनों से पता चलता है कि सीमित समय में माप और नियंत्रण ऊर्जा लागत, सूचना लाभ और प्रदर्शन के बीच महत्वपूर्ण आदान-प्रदान ला सकते हैं, और टीम यह समझने की योजना बना रही है कि ये प्रतिबंध प्रस्तावित इंजन को कैसे प्रभावित करते हैं।
