فهم حقيقة محركات الحرارة الكمومية

محركات الحرارة الكمومية (Quantum Heat Engines) هي أجهزة تحول الطاقة الحرارية إلى شغل اعتمادًا على مبادئ ميكانيكا الكم. تُعد هذه المحركات امتدادًا وتطويرًا لفكرة محركات الحرارة التقليدية، ولكنها تعمل على المستويات الذرية ودون الذرية، حيث تلعب الظواهر الكمومية مثل التراكب الكمي، والتشابك الكمومي، والاضمحلال

Decoherence دورًا جوهريًا في آلية عملها.

يرتبط هذا المجال ارتباطًا وثيقًا بدراسة الديناميكا الحرارية الكمومية (Quantum Thermodynamics)، التي تمزج بين مفاهيم الديناميكا الحرارية الكلاسيكية وقوانين ميكانيكا الكم، بهدف فهم وتحليل عمليات الطاقة والعمل في الأنظمة الكمومية بدقة متناهية.

تعتمد محركات الحرارة الكمومية على تحويل الحرارة بين خزانات حرارية (مخازن حرارية) ذات درجات حرارة متفاوتة إلى شغل مفيد باستخدام عمليات كمية خاصة. وتشمل هذه الفئة أيضًا الثلاجات الكمومية (Quantum Refrigerators)، التي تعمل بالعكس، حيث تقوم بنقل الحرارة من خزانات ذات درجة حرارة منخفضة إلى خزانات ذات درجة حرارة أعلى، مع استهلاك طاقة لإتمام هذه العملية.

يمثل فهم هذه المحركات والثلاجات تحديًا نظريًا وتجريبيًا، خصوصًا لأن القياس أو المراقبة المستمرة لأنظمة الكم تؤثر بشكل مباشر على أدائها نتيجة ظاهرة “تأثير المراقبة الكمومية” (Quantum Measurement Back‑action). وهذا ما يجعل تصميم وتشغيل محركات حرارية كمومية فعالة مجالًا حيويًا للبحث في الفيزياء الحديثة والتكنولوجيا الكمومية.