Kvantne baterije mogle bi omogućiti drukčiji način pohrane i brzog prijenosa energije

Novi protokol koji je razvio tim fizičara s Nacionalnog sveučilišta Cheng Kung mogao bi transformirati osnovne principe kvantne baterije s brzim punjenjem u praktičan sustav, pokazujući načine na koje se superpozicija baterije može koristiti za brzo i učinkovito skladištenje energije.

Temeljno za kvantnu fiziku je načelo da svi komadići materije imaju valoviti identitet koji se širi kroz prostor i vrijeme.

Koliko god to bilo kontraintuitivno za naše iskustvo stvarnosti, ovi valovi predstavljaju svojstva objekta – bilo da se radi o elektronu, molekuli , mački ili cijelom planetu – kao spektar mogućnosti koji se naziva njegova superpozicija.

Posljednjih su godina istraživači razmišljali imaju li jedan ili više objekata u superpoziciji nešto zajedničko s kaotičnim zujanjem i odbijanjem zagrijanog materijala u motoru . Iskorištavanje ovog kvantnog fenomena moglo bi čak pružiti nove načine prijenosa i zadržavanja energije.

Konceptno je to lijepa ideja, ali pretvaranje teorije koja stoji iza kvantnih toplinskih motora u radni uređaj zahtijeva identificiranje odgovarajućih procesa koji ne troše puno energije.

Istraživači su eksperimentalno procijenili dva pristupa korištenju superpozicije čestice za punjenje hipotetske kvantne baterije kako bi utvrdili prenosi li njezino nejasno stanje doista energiju.

Umjesto stvarne baterije, tim je jednostavno upotrijebio zarobljeni ion u superpozicijskom stanju poznatom kao qubit, koji može dobiti energiju dok prolazi kroz reflektirajući prostor koji ograničava prolazak vrsta valova.

Slanjem iona kroz uređaj koji je svoj val podijelio u dvije zrake, tim je usporedio sposobnost baterije da pohranjuje energiju dok odvojeni valovi prolaze kroz više ulaznih točaka u jednu šupljinu, a zatim u više šupljina.

Kolektivni efekti i brzina punjenja

Ne samo da su otkrili da superpozicija iona doista može omogućiti učinkovito punjenje, otkrili su da pristup 'mnogo vrata, jedna soba' izaziva učinak interferencije koji bi teoretski mogao dovesti do onoga što nazivaju "fenomen savršenog punjenja", koji omogućuje potpunu pretvorbu pohranjene energije za rad iz kvantne baterije u bilo kojem trenutku procesa punjenja.

Također su pokazali da je proces skalabilan, s efektom interferencije koji postoji čak i kada se šalje više od jednog qubita kroz šupljinu.

Provodeći proces na IBM Quantum Platformi i IonQ kvantnom hardveru , tim je pokazao dokaz koncepta za svoj protokol, pokazujući da bi sličan sustav mogao imati potencijal da bude energetski učinkovit način brzog punjenja i izvlačenja energije iz kvantni sustav.

Iako qubit može simulirati temeljnu fiziku, bit će potrebne nove metode da se protokol pretvori u nešto praktičnije i nalik bateriji, što znači da će proći neko vrijeme prije nego što u tren oka počnete puniti svoj električni moped.

Ipak, eksperiment pokazuje da ne postoji ništa u zakonima fizike što kaže da ne možemo iskoristiti kvantni krajolik za dugotrajnu pohranu energije koja se brzo puni.

Kako se svijet odvikava od fosilnih goriva i traži sve više načina za pohranu električne energije proizvedene obnovljivim izvorima, robusne baterije koje mogu brzo upiti i zadržati značajne količine energije postat će sve važnije.

Ovo istraživanje objavljeno je u Physical Review Research .

Od laboratorijskog koncepta do stvarnog uređaja