تخزن معظم البطاريات الطاقة من خلال العمليات الكيميائية. في المقابل ، تخزن البطاريات الكمية الطاقة في حالات شديدة الإثارة للأنظمة الكمومية. اقترح الباحثون عددًا من الطرق المختلفة لتنفيذ مثل هذه البطاريات ، وأثارت التطورات الأخيرة الآمال في أنها يمكن أن تساعد في الانتقال إلى مصادر طاقة أكثر استدامة. ومع ذلك ، فإنها تأتي مع العديد من التحديات ، بما في ذلك إيجاد طرق سهلة لإطلاق الطاقة والحفاظ على المستوى الصحيح للطاقة المخزنة.
أظهر باحثون من معهد العلوم الأساسية (IBS) في كوريا ، بالتعاون مع زملائهم في جامعة إنسوبريا بإيطاليا ، الآن أن البطاريات الكمية التي تعتمد على المايزرات الدقيقة يمكن أن تساعد في التغلب على بعض هذه التحديات. تتكون المايزرات الدقيقة من تيار من الذرات التي تتفاعل مع المجال الكهرومغناطيسي داخل تجويف ضوئي. تزداد الطاقة في التجويف بالتفاعلات المتتالية حتى تستقر عند مستوى معين ، وشحن البطارية.
في العمل الجديد ، أظهر فريق IBS-Insubria أن المايزرات الدقيقة ، بمجرد شحنها ، تصل إلى حالة ثابتة تقريبًا ، مما يعني أن مستوى طاقتها لا يتقلب بشكل كبير عبر النطاقات الزمنية ذات الصلة بالنظام في نموذج الفريق. هذا مهم لأنه يجعل من الممكن حساب وقت شحن البطارية بدقة. باستخدام المعلمات المستخدمة في هذه الدراسة ، يتم الوصول إلى مستوى الحالة المستقرة بعد ما يقرب من 30 تفاعلًا ، وتظل الطاقة مستقرة لما يقرب من مليون تفاعل إضافي.
حالة ثابتة نقية تقريبا
ميزة أخرى لهذه الحالة المستقرة تقريبًا هي أنها نقية تقريبًا ، مما يجعل من الممكن النظر في حالة التجويف بشكل مستقل عن حالة الذرات التي تفاعل معها. هذا مثير للدهشة ، لأنه بعد العديد من الاصطدامات ، قد يتوقع المرء أن حالة التجويف لن تكون نقية ، مما يجعل من المستحيل تعظيم كمية الطاقة المستخرجة من البطارية دون التفاعل أيضًا مع جميع الذرات المهملة. ومع ذلك ، أظهر فريق IBS-Insubria أن كمية الطاقة القابلة للاستخدام (المعروفة باسم ergotropy للبطارية) لا تزال مرتفعة.
كما أن الديناميكيات الكمومية للليزر الدقيق تمنع البطارية من الشحن الزائد ، كما يقول داريو روزا، أحد كبار الباحثين في IBS الذي قاد الدراسة. توضح روزا: "من حيث المبدأ ، يمكن أن يستمر النظام في الزيادة في الطاقة ويمكن أن يصبح غير محدود". "بدون أي تحكم خارجي ، لا يزيد الميكرومازر ، بدينامياته الخاصة ، من طاقته إلى أجل غير مسمى." هذا يجعل شحن البطارية أسهل ويمنع تلف الأجهزة من الطاقة الزائدة.
بالإضافة إلى النتائج الجديدة التي وصفها الفريق في المجلة علوم وتكنولوجيا الكم, أظهر أن هذه الخصائص صحيحة في ظل ظروف واقعية (أي زيادة قوة الشحن وعدم الدقة في الخصائص الفيزيائية للنظام) لإعداد وتشغيل الميكرومازر - مما يجعل نموذج البطارية المفيدة أقرب إلى ما يمكن تحقيقه تجريبياً.
ميزة التراكب
النتائج الإيجابية المتعلقة بالميكرومازرات مدعومة بـ a الدراسة ذات الصلة بواسطة مجموعة من جامعة جنيف ، سويسرا. أظهرت هذه المجموعة بقيادة ستيفان نيمريختر أن المايزر الدقيق الفردي يمكن أن يكون له ميزة على الأجهزة الكلاسيكية في قوة الشحن الخاصة به إذا وصلت الذرات إلى التجويف في تراكب كمي. في السابق ، كان معروفًا فقط أنه يمكن تحسين طاقة الشحن على الأنظمة الكلاسيكية من خلال الجمع بين العديد من البطاريات الكمومية باستخدام التشابك الكمي.
يمكن أن تحصل البطارية الكمية على دفعة من التشابك
تقول روزا إن هناك حاجة إلى مزيد من العمل لفهم كيفية الجمع بين العديد من المايزرات الدقيقة الفردية وتحسين الأداء عند توسيع نطاق النظام. يقول: "مع البطاريات الأخرى ، رأينا أن طاقة الشحن تتحسن مع شحن المزيد من البطاريات معًا". "نريد أن نعرف ما إذا كانت الموجات الدقيقة لها هذه الخاصية."
لجعل النموذج أكثر واقعية ، يهتم الفريق الآن بما يحدث عندما يكون التجويف غير كامل ، مما يعني تبديد بعض الطاقة. إذا كانت البطارية تعمل جيدًا في ظل هذه الظروف ، مع الحفاظ على الميزات التي رأيناها بالفعل في هذا العمل ، فإن ذلك سيفتح الباب أمام التعاون التجريبي المحتمل ، بما في ذلك مع علماء الفيزياء الآخرين في إيطاليا أو المجموعة في جنيف.
