Un moteur quantique à base de lithium conçu par des chercheurs allemands

Des chercheurs de l’Université de Kaiserslautern-Landau en Allemagne ont développé un prototype de moteur quantique. Si son développement aboutit à une version commercialement viable, il pourrait servir de base à une nouvelle génération de dispositifs avancés à énergie quantique, notamment des batteries quantiques.

Selon les résultats publiés par des chercheurs allemands dans la revue natureIl est techniquement possible de construire un moteur quantique. Le mécanisme d’un tel système ne dépend pas de la combustion de carburant ou de réactions chimiques, mais plutôt de la modification constante des propriétés quantiques des particules qu’il contient.

Dans le cadre d’une expérience visant à tester un dispositif expérimental, les scientifiques ont choisi d’utiliser des atomes de lithium. L’efficacité du système est de 25 %, ce qui est relativement faible, mais pourrait être amélioré grâce à davantage de recherches, estiment les auteurs. Bien qu’ils admettent que les moteurs quantiques, y compris leur modèle, en sont encore au stade expérimental, ils insistent sur le fait que s’ils sont optimisés pour des cas pratiques spécifiques, ils pourraient rapidement permettre une révolution des applications.

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Dans le monde quantique, chaque particule est classée comme fermion ou boson. Ces deux catégories sont basiques et décrivent des types de particules très différents. Les fermions suivent le principe d’exclusion de Pauli, ce qui signifie que les fermions ne peuvent pas occuper simultanément le même état quantique. D’un autre côté, de nombreux bosons peuvent occuper simultanément le même état quantique. Ainsi le comportement collectif d’un groupe de particules dépend de leur classification en fermions ou bosons.

Les chercheurs ont trouvé un moyen de manipuler un groupe d’atomes afin qu’ils modifient leur comportement pour ressembler de manière périodique et alternée à des bosons et à des fermions. Cette rotation contrôlée a été exploitée pour alimenter leur moteur quantique.

L’expérience implique des températures très basses, où les effets thermiques sont minimisés. Les chercheurs ont donc dû refroidir les atomes de lithium à des températures proches du zéro absolu. Cet état garantit que les atomes de lithium sont dans un état dans lequel les effets quantiques sont plus prononcés et plus contrôlables.

Cycle moteur quantitatif

Ils ont ensuite utilisé des champs magnétiques pour influencer le comportement des atomes de lithium afin qu’ils agissent collectivement comme des fermions ou des bosons. Mais avant de pouvoir effectuer ces manipulations, ils devaient faire en sorte que les atomes de lithium forment des paires. Ces paires moléculaires forment ainsi les entités qui sont manipulées comme mentionné ci-dessus.

Les atomes de lithium étaient initialement préparés pour se comporter comme des bosons. Grâce au champ magnétique, ils étaient comprimés, augmentant ainsi leur densité. Les chercheurs les ont ensuite influencés pour qu’ils se comportent comme des fermions. Le passage de l’état bosonique à l’état fermionique augmente l’énergie collective du système. Dans le cadre d’un moteur, ce gain d’énergie est crucial, car c’est cette énergie qui peut être exploitée.

La transformation en pseudofermions a permis au lithium de se dilater, ou de se dilater. Une fois dilatés et sous l’influence des champs magnétiques, les atomes retournèrent à leur état bosonique, ce qui eut pour effet de réduire l’énergie collective du système. En d’autres termes, le moteur quantique comprime le gaz boson et dilate le gaz fermion. Le cycle rappelle ainsi un moteur conventionnel (par exemple thermique), où le carburant est périodiquement comprimé et détendu pour produire un travail mécanique.

Source : Nature