منصة محتملة جديدة لتطوير البطاريات الكمية

مع استمرار العالم في البحث عن مصادر طاقة أرخص وأنظف، يمكن العثور على حل محتمل في البطاريات الكمومية. على عكس البطاريات العادية خبرائنا افترض أن البطاريات الكمومية سوف تستفيد تشابك لشحن أسرع كذلك يؤدي بشكل أفضل. ومع ذلك، فإن تطوير هذه البطاريات الجديدة لن يكون سهلاً على الإطلاق، إذ يضيف المجال الكهرومغناطيسي تعقيدات عند محاولة تخزين الطاقة. وللتغلب على هذا التحدي، قام باحثون من المعهد الكوري للعلوم الأساسية (IBS) استخدمت مازر (نظير الموجات الدقيقة لليزر) لاقتراح منصة جديدة للبطاريات الكمومية.

التحديات في المجال الكهرومغناطيسي

في تطوير البطاريات الكمومية، يصبح المجال الكهرومغناطيسي مشكلة. اقترحت الأبحاث السابقة أنه على الرغم من إمكانية استخدام المجال الكهرومغناطيسي لتخزين الطاقة للبطارية، إلا أن هناك احتمال أن يمتص هذا المجال الطاقة طريقة المزيد من الطاقة مما هو مطلوب. ستكون العملية في الأساس مشابهة لجهاز الكمبيوتر المحمول الذي يأخذ تغييرًا أكبر مما هو مخصص له. ونظرًا لعدم وجود آلية لوقف عملية الشحن هذه، يشعر الكثيرون بالقلق من أن هذا قد يؤدي إلى إعاقة تطوير البطاريات الكمومية بشكل كبير.

جديلة الماسرز

لمحاولة التغلب على هذه المشكلة، تعاون الباحثون من IBS مع أستاذ مشارك جوليانو بينينتي من جامعة إنسوبريا بإيطاليا لدراسة ديناميكيات الكم داخل جهاز ميكرومايزر. كما أوضح بينينتي: "في الميكرومازر، يتم تشغيل الميزر حيث تقوم ذرات مفردة تعبر الرنان (تجويف عالي الجودة حيث يمكن للفوتون البقاء على قيد الحياة لفترة طويلة) بتوفير مضخة فعالة." بدلاً من الضوء المستخدم في الليزر لتحفيز التفاعلات الكمومية، يتم استخدام الموجات الدقيقة داخل جهاز الميزر لنفس التأثير. ضمن نموذج مازر، تيار الفوتونات يتفاعل مع المجال الكهرومغناطيسي، مما يؤدي إلى تخزين الطاقة. وأضاف بينينتي: "في الذرة هناك مستويان فقط مهمان". "مع الاقتران الرنيني مع التجويف (أي أن فرق الطاقة بين المستويين الذريين بوحدات ثابت بلانك يساوي تردد تذبذبات المجال الكهرومغناطيسي في التجويف). لذا فإن الذرة تتصرف مثل الكيوبت. ويتم الآن نقل نفس المفهوم إلى الحالة الصلبة، مع الكيوبتات فائقة التوصيل المقترنة بالمجال الكهرومغناطيسي كدليل موجي.

بسبب الإعداد المحدد، يصل المجال الكهرومغناطيسي إلى حالة مستقرةحيث يتوقف عن امتصاص الطاقة مما يتيح نقطة توقف مادية لعملية الشحن. توفر هذه الحالة المستقرة أيضًا للباحثين مقياس شحن لاستخدامه عند تطوير جهاز ميكرومايزر، كما تقلل من احتمالية الشحن الزائد. وبفضل تفرد الحالة المستقرة، وجد الباحثون أنها في "حالة نقية"، حيث لا يتذكر الميكرومازر الكيوبتات التي تم استخدامها أثناء الشحن. ويشير هذا إلى إمكانية استخراج الطاقة المخزنة في المجال الكهرومغناطيسي في أي وقت، دون الحاجة إلى تتبع الكيوبتات المستخدمة في العملية.

إمكانية البطاريات الكمومية

ومع وجود منصة جديدة محتملة للبطاريات الكمومية، يأمل الباحثون أن يتم استخدام نتائجهم من قبل الآخرين لبدء تطوير هذه التكنولوجيا الجديدة. قال بينينتي: "من الجدير بالذكر أن ميكانيكا الكم يمكن أن تؤدي إلى تحسين، فيما يتعلق بالبطاريات الكلاسيكية، في مقدار العمل المودع لكل وحدة زمنية عندما يتم شحن بطاريات N بشكل جماعي". "ترتبط هذه الميزة الكمومية بإمكانية إنشاء حالات متشابكة للبطاريات N. وفي التقنيات المستقبلية، يمكن للبطاريات الكمومية أن تساعد في إدارة الطاقة بكفاءة على المستوى النانوي، وهي نقطة أساسية لتطوير تقنيات الكم. بينينتي ليس متحمسًا للمنصة الجديدة فحسب، بل يقترح أيضًا طريقة يمكن لشركات الحوسبة الكمومية الحالية استخدامها. "يمكن استخدام الإعداد المحتمل للنماذج الأولية للكمبيوتر الكمي (آي بي إم كيو, شراء مراجعات جوجل, Rigetti…) استنادًا إلى الكيوبتات فائقة التوصيل، إلى جانب الدليل الموجي (وضع التجويف)”. ومع التقدم في هذه الأنواع من المنصات، قد تصبح البطاريات الكمومية حقيقة واقعة في وقت أقرب مما كان متوقعا.

كينا هيوز-كاسلبيري هي كاتبة في Inside Quantum Technology و Science Communicator في JILA (شراكة بين جامعة كولورادو بولدر و NIST). تشمل إيقاعات كتابتها التكنولوجيا العميقة ، والميتافيرس ، والتكنولوجيا الكمومية.