Радикальный квантовый прорыв может мгновенно зарядить батареи

Батареи, основанные на волнообразной природе заряженных частиц, могут совершить революцию в хранении энергии, потенциально обеспечивая большую мощность с большей скоростью, чем когда-либо могли бы обеспечить обычные электрохимические элементы.

Новый протокол, разработанный Команда физиков из Национального университета Ченг Кунг смогла превратить основные принципы быстрозаряжающейся квантовой батареи в практическую систему, демонстрируя способы использования суперпозиции батареи для быстрого и эффективного хранения энергии.

Фундаментальным принципом квантовой физики является принцип, согласно которому все частицы материи обладают волновой идентичностью, которая распространяется в пространстве и времени.

Как бы это ни противоречило нашему опыту реальности, эти волны представляют собой свойства объект – будь то электрон, молекула, кошка или целая планета – как спектр возможностей, называемый его суперпозицией.

В последние годы исследователи задумались над тем, являются ли один или несколько объектов суперпозиции имеют что-то общее с хаотичным движением и подпрыгиванием 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 выявления подходящих процессов, которые не тратить много энергии.

Исследователи экспериментально оценили два подхода к использованию суперпозиции частицы для зарядки гипотетической квантовой батареи, чтобы определить, действительно ли ее нечеткое состояние передает энергию.

Вместо настоящей батареи команда просто использовала захваченный ион в состоянии суперпозиции, известный как кубит, который может набирать энергию при прохождении через отражающее пространство, ограничивающее прохождение типов волн.

Отправляя ион через устройство, разделяющее его волну на два луча, команда сравнила способность батареи накапливать энергию при прохождении отдельных волн через несколько точек входа в одну полость, а затем в несколько полостей.

Они не только обнаружили, что суперпозиция ионов действительно может обеспечить эффективную зарядку, но и обнаружили Подход «много дверей, одна комната» вызвал эффект интерференции, который теоретически может привести к тому, что они называют «феноменом идеальной зарядки», который позволяет полностью преобразовать накопленную энергию в работу от квантовой батареи в любой момент процесса зарядки.

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

Выполняя процесс на IBM Quantum Platform и квантовом процессоре IonQ Аппаратное обеспечение команда продемонстрировала проверку концепции своего протокола, показав, что подобная система может потенциально стать энергоэффективным способом быстрой зарядки и извлечения энергии из квантовой системы.

Хотя кубит может моделировать фундаментальную физику, потребуются новые методы, чтобы превратить протокол в нечто более практичное и похожее на аккумулятор, а это означает, что пройдет некоторое время, прежде чем вы сможете в мгновение ока подзарядить свой электрический мопед.

Тем не менее, эксперимент показывает, что в законах физики нет ничего, что говорило бы о том, что мы не можем использовать квантовый ландшафт для длительного хранения энергии с быстрой зарядкой.

По мере того, как мир отказывается от ископаемого топлива и ищет все больше способов хранения электрической энергии, вырабатываемой из возобновляемых ресурсов, надежные батареи, которые могут быстро впитывать и удерживать значительное количество энергии, будут приобретать все большее значение.

Это исследование было опубликовано в Physical Review Research.