By Kenna Hughes-Castleberry postitatud 01. novembril 2022
Kuna maailm otsib jätkuvalt odavamaid ja puhtamaid energiaallikaid, võib võimaliku lahenduse leida kvantpatareid. Erinevalt tavalistest akudest, ekspertide oletada, et kvantpatareid võimendavad takerdumine ka kiiremaks laadimiseks paremini toimima. Nende uute akude väljatöötamine pole aga kaugeltki lihtne, elektromagnetväli lisab energia salvestamisel komplikatsioone. Selle väljakutse ületamiseks on Korea alusteaduste instituudi teadlased (IBS) kasutatud a maser (laseri mikrolaine analoog), et soovitada kvantpatareide jaoks uut platvormi.
Väljakutsed elektromagnetväljas
Kvantpatareide arendamisel muutub probleemiks elektromagnetväli. Varasemad uuringud on näidanud, et kuigi elektromagnetvälja saab kasutada aku energia salvestamiseks, on võimalus, et väli võib neelata. palju rohkem energiat kui vaja. Põhimõtteliselt sarnaneks protsess sülearvutiga, mis muudab palju rohkem, kui see on ette nähtud. Kuna puudub mehhanism selle laadimisprotsessi peatamiseks, on paljud mures, et see võib kvantpatareide arengut märkimisväärselt tagasi lükata.
Näita Masersit
Selle probleemi lahendamiseks tegid IBS-i teadlased koostööd dotsendiga Giuliano Benenti Itaalias Insubria ülikoolis, et uurida kvantdünaamikat mikromaseris. Nagu Benenti selgitas: "Mikromaseris töötab maser, milles üksikud aatomid, mis läbivad resonaatorit (kvaliteetne õõnsus, kus footon suudab pikka aega ellu jääda), tagavad tõhusa pumba." Kvantinteraktsiooni stimuleerimiseks laseris kasutatava valguse asemel kasutatakse masseris sama efekti saavutamiseks mikrolaineid. Maseri mudelis on footonite voog interakteerub elektromagnetväljaga, pannes selle energia salvestama. "Aatomis on oluline ainult kaks taset," lisas Benenti. "Resonantssidestusega õõnsusega (st energia erinevus kahe aatomitaseme vahel Plancki konstandi ühikutes võrdub õõnsuse elektromagnetvälja võnkumiste sagedusega). Seega toimib aatom nagu kubit. Sama kontseptsioon on nüüd üle kantud tahkesse olekusse, ülijuhtivad kubitid on lainejuhina ühendatud elektromagnetväljaga.
Spetsiifilise seadistuse tõttu ulatub elektromagnetväli a stabiilne olek, kus see lõpetab energia neelamise, võimaldades materjalil laadimisprotsessile peatada. See püsiseisund annab teadlastele ka laadimismõõdiku, mida kasutada mikromaseri väljatöötamisel, ja vähendab ülelaadimise võimalust. Tänu püsiseisundi unikaalsusele leidsid teadlased, et see on "puhas olekus", kus mikromaser ei mäletanud laadimise ajal kasutatud kubitte. See viitas sellele, et elektromagnetväljas salvestatud energiat saab igal ajal eraldada, ilma et oleks vaja jälgida protsessis kasutatud kubitte.
Kvantpatareide kasutamise võimalus
Võimaliku uue kvantpatareide platvormiga loodavad teadlased, et nende tulemusi saavad teised kasutada selle uue tehnoloogia väljatöötamise alustamiseks. "Eelkõige võib kvantmehaanika kaasa tuua klassikaliste patareidega võrreldes ajaühikus tehtavate tööde suurenemise, kui N-akut laaditakse ühiselt," ütles Benenti. "See kvanteeline on seotud võimalusega luua N-patareide takerdunud olekuid. Tulevikutehnoloogiates võivad kvantpatareid aidata tõhusat energiajuhtimist nanomõõtmetes, mis on kvanttehnoloogiate arendamise võtmepunkt. Benenti pole uuest platvormist mitte ainult põnevil, vaid soovitab isegi viisi, kuidas seda saaksid kasutada praegused kvantarvutusettevõtted. "Võimalik seadistus võiks olla selline, mida kasutatakse kvantarvutite prototüüpide jaoks (IBMQ, Google, Rigetti...) ülijuhtivatel kubitidel koos lainejuhiga (õõnsusrežiim),“ lisas ta. Seda tüüpi platvormide edusammude tõttu võivad kvantpatareid saada reaalsuseks oodatust varem.
Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technology ja JILA teaduskommunikaatori (Colorado Boulderi ülikooli ja NIST-i vaheline partnerlus) kirjanik. Tema kirjutamissageduste hulka kuuluvad süvatehnoloogia, metaversum ja kvanttehnoloogia.
