वैज्ञानिकों ने कुशल क्वांटम उपकरण विकसित करने की रोमांचक संभावनाओं का खुलासा किया है। क्वांटम यांत्रिकी भौतिकी की एक शाखा है जो परमाणुओं और अणुओं जैसे अत्यंत छोटे पैमाने पर कणों के गुणों और अंतःक्रियाओं का पता लगाती है। इससे नई प्रौद्योगिकियों का विकास हुआ है जो पारंपरिक प्रौद्योगिकियों की तुलना में अधिक शक्तिशाली और कुशल हैं, जिससे कंप्यूटिंग, संचार और ऊर्जा जैसे क्षेत्रों में सफलता मिली है।
इंजन डिज़ाइन में एक बड़ी छलांग
ओकिनावा इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (ओआईएसटी) में, क्वांटम सिस्टम विभाग के शोधकर्ताओं ने, कैसरस्लॉटर्न-लैंडौ विश्वविद्यालय और स्टटगार्ट विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों के सहयोग से, विशेष नियमों के आधार पर एक इंजन डिजाइन और निर्मित किया, जिसका कण बेहद छोटे पैमाने पर पालन करते हैं।
उन्होंने एक ऐसा इंजन विकसित किया है जो ईंधन जलाने के सामान्य तरीके के बजाय बिजली उत्पन्न करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों का उपयोग करता है। इन परिणामों का वर्णन करने वाला पेपर OIST शोधकर्ताओं कीर्ति मेनन, डॉ. एलोइसा क्यूस्टास, डॉ. थॉमस फोगार्टी और प्रोफेसर थॉमस बुश द्वारा सह-लिखित था, और नेचर जर्नल में प्रकाशित हुआ था।
शास्त्रीय इंजन और क्वांटम इंजन की तुलना
एक विशिष्ट क्लासिक कार इंजन में, ईंधन और हवा का मिश्रण एक गुहा में प्रज्वलित होता है। विस्फोट से उत्पन्न गर्मी गुहा में गैस को गर्म करती है, जो बदले में पिस्टन को अंदर और बाहर धकेलती है, जिससे पहिया को घुमाने का काम होता है।
अपने क्वांटम इंजन में, शोधकर्ताओं ने गैस में कणों के क्वांटम गुणों को बदलकर गर्मी के उपयोग को बदल दिया। यह समझने के लिए कि यह परिवर्तन एक इंजन को कैसे शक्ति प्रदान करता है, हमें यह जानना होगा कि प्रकृति के सभी कणों को उनके विशेष क्वांटम गुणों के आधार पर बोसॉन या फ़र्मियन के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।
बेहद कम तापमान पर, जहां क्वांटम प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाते हैं, बोसॉन में फ़र्मियन की तुलना में कम ऊर्जा अवस्था होती है, और इस ऊर्जा अंतर का उपयोग बिजली इंजनों के लिए किया जा सकता है। शास्त्रीय इंजन की तरह गैस को चक्रीय रूप से गर्म करने और ठंडा करने के बजाय, क्वांटम इंजन बोसॉन को फर्मियन में बदलकर फिर से वापस करने का काम करता है।
"एक फ़र्मिअन को बोसॉन में बदलने के लिए, आप दो फ़र्मिअन को एक अणु में जोड़ते हैं। यह नया अणु एक बोसॉन है। इसे तोड़ने के बाद, हम फ़र्मिअन को फिर से वापस प्राप्त कर सकते हैं।" क्वांटम सिस्टम्स ग्रुप के नेता, प्रोफेसर थॉमस बुश ने समझाया: "इसे एक लूप में करके, हम गर्मी का उपयोग किए बिना इंजन को शक्ति प्रदान कर सकते हैं।"
क्वांटम इंजनों की दक्षता और क्षमता
हालाँकि यह इंजन केवल क्वांटम अवस्था में काम करता है, शोध टीम ने पाया कि यह काफी कुशल है, जो जर्मन सहयोगियों द्वारा स्थापित मौजूदा प्रायोगिक सेटअप में 25% तक पहुँचता है।
यह नया इंजन क्वांटम यांत्रिकी के क्षेत्र में एक रोमांचक विकास है और इसमें क्वांटम प्रौद्योगिकियों के उभरते क्षेत्र को और आगे बढ़ाने की क्षमता है। लेकिन क्या इसका मतलब यह है कि हम जल्द ही क्वांटम यांत्रिकी को कार इंजनों को शक्ति देते हुए देखेंगे? कीर्ति मेनन बताती हैं: "हालाँकि ये प्रणालियाँ बहुत कुशल हैं, हमने प्रायोगिक सहयोगियों के साथ केवल अवधारणा का प्रमाण दिया है। एक उपयोगी क्वांटम इंजन बनाने में कई चुनौतियाँ हैं।"
यदि तापमान बहुत अधिक है तो गर्मी क्वांटम प्रभाव को नष्ट कर सकती है, इसलिए शोधकर्ताओं को सिस्टम को यथासंभव ठंडा रखना चाहिए। हालाँकि, इतने कम तापमान पर प्रयोग चलाने के लिए संवेदनशील क्वांटम अवस्थाओं की सुरक्षा के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
अनुसंधान के अगले चरणों में सिस्टम के संचालन के बारे में मौलिक सैद्धांतिक प्रश्नों को हल करना, इसके प्रदर्शन को अनुकूलित करना और बैटरी और सेंसर जैसे अन्य सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले उपकरणों पर इसकी संभावित प्रयोज्यता की जांच करना शामिल होगा।