Радикальный квантовый прорыв может заряжать батареи в мгновение ока 

Батареи, основанные на квантовой природе заряженных частиц, могут произвести революцию в сфере хранения энергии. Они способны вместить больше энергии и заряжаться быстрее, чем традиционные электрохимические аккумуляторы.

Новый протокол, разработанный командой физиков из Национального университета Чен Кун (Тайвань), может преобразовать теоретические принципы сверхбыстрой квантовой батареи в практическую систему. Ученые продемонстрировали, как суперпозицию батареи можно использовать для эффективного и скоростного накопления энергии.  

В основе квантовой физики лежит принцип, согласно которому все частицы материи обладают волновой природой, распространяющейся в пространстве и времени. Как бы парадоксально это ни звучало, эти волны представляют свойства объекта – будь то электрон, молекула, кот или целая планета – как спектр возможностей, называемый суперпозицией.

В последние годы исследователи задумались, имеют ли один или несколько объектов в суперпозиции что-то общее с хаотичным движением и отскоком нагретого материала в двигателе. Использование этого квантового явления может даже открыть новые способы передачи и хранения энергии.

В принципе, это хорошая идея, но преобразование теории квантовых тепловых двигателей в работающее устройство требует определения подходящих процессов, которые не тратят впустую много энергии.

Ученые экспериментально оценили два подхода к использованию суперпозиции частицы для зарядки гипотетической квантовой батареи, чтобы определить, действительно ли ее нечетко состояние переносит энергию.

Вместо реальной батареи команда использовала захваченный ион в суперпозиционном состоянии, известном как кубит. Он может получать энергию, проходя через отражающее пространство, ограничивающее типы проходящих через него волн.

квант
Кубит, проходящий через светоделитель, попадает по нескольким траекториям в (а) несколько полостей «зарядки» и (б) одну полость «зарядки».

Отправив ион через устройство, разделяющее его волну на два луча, команда сравнила способность батареи хранить энергию, когда отдельные волны проходят через несколько точек входа в одну полость, а затем в несколько полостей.  

Они не только обнаружили, что суперпозиция иона действительно может обеспечить эффективную зарядку, но и выяснили, что подход “много дверей – одна комната” вызывает эффект интерференции, который теоретически может привести к тому, что они называют “феноменом идеальной зарядки”, который позволяет полностью преобразовать запасенную энергию в работу от квантовой батареи в любой момент процесса зарядки.

Они также продемонстрировали масштабируемость процесса: эффект интерференции сохраняется даже при отправке через полость более одного кубита.

Проведя эксперимент на квантовых платформах IBM и IonQ, команда представила доказательство концепции своего протокола, показав, что подобная система может стать энергоэффективным способом быстрой зарядки и извлечения энергии из квантовой системы.

Хотя кубит способен имитировать фундаментальную физику, для практической реализации протокола в виде батарейки потребуются новые методы. Поэтому быстрая зарядка электробайка в одно мгновение пока остается фантастикой.

Тем не менее, эксперимент доказывает, что законы физики не запрещают использовать квантовый ландшафт для создания долговечных и быстрозаряжающихся накопителей энергии.  

По мере отказа мира от ископаемого топлива и увеличения спроса на хранение электроэнергии от возобновляемых источников эффективные батареи, способные быстро аккумулировать и удерживать огромные объемы энергии, станут всё более востребованными.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Research.

Читайте также: Невероятная математика может остановить квантовых хакеров, но ее мало кто понимает

этот таинственный мир
этот таинственный мир
этот таинственный мир
этот таинственный мир
этот таинственный мир
Эдем находился в Египте: смелая гипотеза компьютерного инженера
Эдем находился в Египте: смелая гипотеза компьютерного инженера
Космический апокалипсис на квантовом уровне: жизнь на лезвии бритвы ложного вакуума
Космический апокалипсис на квантовом уровне: жизнь на лезвии бритвы ложного вакуума
Жители Карфагена оказались не теми, кем мы их считали
Жители Карфагена оказались не теми, кем мы их считали
Природа фотона: мгновенная скорость с момента возникновения
Природа фотона: мгновенная скорость с момента возникновения
Треугольная башня в Зоне 51: «тайна» загадочного объекта
Треугольная башня в Зоне 51: «тайна» загадочного объекта
previous arrow
next arrow
Поделиться

Добавить комментарий