В 1824 году французский физик Сади Карно опубликовал работу, в которой описал один из фундаментальных законов термодинамики. Он гласит, что любые тепловые машины, работающие между одними и теми же двумя тепловыми резервуарами, не могут иметь КПД, превышающий КПД обратной тепловой машины, работающей между теми же резервуарами.

Принцип Карно был разработан для макроскопических объектов. Эрику Лутцу и Мильтону Агилару из Штутгартского университета удалось доказать, что принцип Карно применим и к объектам атомного масштаба, например, к сильно взаимосвязанным, или коррелированным молекулярным двигателям.

При попадании в квантовую область частицы становятся коррелированными, то есть, между ними образуются особые связи. Исследователи обнаружили, что в этих условиях предел эффективности Карно начинает разрушаться. «Впервые мы вывели обобщенные законы термодинамики, которые полностью учитывают эти корреляции», — заявили они.

Таким образом, тепловые машины, работающие на атомном уровне, способны преобразовывать в полезную работу не только тепло, но и корреляции. Более того, эти системы могут генерировать больше энергии, что позволяет КПД квантового двигателя превзойти традиционный предел Карно.

По мнению исследователей, чем лучше ученые поймут физические законы, управляющие объектами в атомном масштабе, тем быстрее человечество сможет использовать их для создания инновационных технологий. К ним, среди прочего, относятся сверхэффективные квантовые двигатели, способные выполнять точные задачи в наномасштабе.

«Микроскопические двигатели размером не больше одного атома могут в будущем стать реальностью, — сказал Лутц. — Теперь стало очевидно, что эти двигатели могут достигать более высокого максимального КПД, чем более крупные тепловые двигатели».

Весной ученые из Китая представили новую технологию лечения подагры — тяжелого хронического заболевания, связанного с избыточным накоплением мочевой кислоты в суставах. Решение, основанное на наномоторах, направлено на устранение причины, а не симптомов заболевания.