Квантовый прорыв в энергетике: учёные преодолели термодинамический предел

Исследователи из Японии нашли способ эффективно преобразовывать бросовое тепло в электричество, используя экзотические квантовые состояния материи

Группа исследователей из Японии совершила прорыв в области энергетики, разработав метод, который позволяет преодолеть фундаментальные ограничения классической термодинамики. Речь идёт о преобразовании бросового тепла — низкопотенциальной тепловой энергии, которая в огромных количествах рассеивается в окружающую среду промышленными объектами, транспортом и электроникой.

Традиционные тепловые машины, включая все существующие термоэлектрические генераторы, подчиняются принципу Карно, который устанавливает теоретический предел их эффективности. Этот барьер долгое время считался непреодолимым. Однако японские учёные смогли обойти его, используя явления из мира квантовой физики.

Ключом к решению проблемы стало использование особого состояния вещества, известного как жидкость Томонаги-Латтинжера. Эта необычная квантовая система обладает свойством избегать теплового равновесия — процесса, который в обычных материалах неизбежно приводит к потерям энергии и ограничивает эффективность её преобразования.

Исследователям удалось создать на основе этой жидкости экспериментальное устройство, которое демонстрирует эффективность преобразования тепла в электричество, превышающую пределы, установленные для классических систем. Подход основан на управлении коллективным поведением электронов, что позволяет минимизировать диссипацию энергии.

Это открытие имеет далеко идущие практические последствия. Оно открывает путь к созданию нового поколения высокоэффективных термоэлектрических генераторов, которые смогут питать маломощную электронику, используя в качестве источника энергии естественное тепло окружающей среды или бросовое тепло от работающих устройств.

Кроме того, данная технология может найти важное применение в области квантовых вычислений, где одной из ключевых проблем является управление тепловыми потоками и минимизация энергопотребления. Работа открывает новые горизонты как для фундаментальных исследований квантовых систем вдали от теплового равновесия, так и для прикладных разработок в области устойчивой энергетики.