以信息為燃料，引擎能“跑”多快？_風聞
Science_北京-不惧过往，不畏将来！2021-05-13 13:56
加拿大西蒙弗雷澤大學（SFU）的研究人員設計了一種高速引擎。它利用信息作為燃料，可將微觀粒子的隨機振動轉換為存儲能量。
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eurekalert.org網站當地時間5月11日報道，加拿大西蒙弗雷澤大學（SFU）的研究人員設計了一種高速引擎。它利用信息作為燃料，可將微觀粒子的隨機振動轉換為存儲能量。研究人員表示，這款信息引擎有望推動計算機和生物納米技術在成本和速度方面取得重大突破。相關研究成果刊登在本週的《美國國家科學院院刊》中。
SFU物理學教授JohnBechhoefer指出，研究人員對於如何快速、有效地將信息轉化為“功”的理解，也許能為現實世界的信息引擎設計和創建提供借鑑。他説：“我們希望弄清楚信息引擎究竟能跑多快？能提取多少能量？為此，我們專門設計了這款引擎。”
早在150年前，科學家就已經提出了信息引擎的概念，但直到最近，這一概念才轉化為現實。SFU物理學教授DavidSivak説：“通過系統地研究這台引擎，並配置正確的系統特性，我們將其性能提升了10倍左右，使之成為目前同類設備中的最佳。”
新款信息引擎主要由浸入水中的微觀粒子組成。粒子與彈簧相連，彈簧本身則固定在一個可移動平台上。隨後，研究人員觀察到，粒子會受熱運動影響，上下跳動。“當觀察到粒子上彈時，我們會將平台相應向上移動。”博士生TusharSaha説，“當觀察到下彈時，我們便按兵不動。最終，我們只利用粒子的位置信息就抬升了整個系統。”
通過重複上述過程，研究人員將粒子抬升到“極高的高度，從而儲存了大量重力能”，而無需直接拉動粒子。Saha説：“在實驗室內，我們用光學阱實現了信息引擎，它使用激光在粒子上產生一種作用力，模擬出彈簧和平台。”碩士生JosephLucero補充道：“在理論分析過程中，我們還發現了粒子質量與粒子反彈平均時間的有趣關係。雖然較重的粒子能存儲更多重力能，但它們需要花費更長的時間才能向上移動。”
博士後研究員JannikEhrich説：“在此指引下，我們合理選擇了粒子質量和其他引擎屬性，最大限度地提高了引擎的能量提取速度。最終的結果超出了預期——新設計的信息引擎不僅具備了與活細胞分子機械力相當的動力，還達到了與快速遊動的細菌相當的速率。”
編譯：雷鑫宇
審稿：西莫
責編：陳之涵
期刊來源：《美國國家科學院院刊》
期刊編號：0027-8424
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https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-05/sfu-wfi051121.php
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