یک پلتفرم بالقوه جدید برای توسعه باتری‌های کوانتومی

از آنجایی که جهان همچنان به دنبال منابع انرژی ارزان تر و پاک تر است، ممکن است راه حل احتمالی در باتری های کوانتومی پیدا شود. برخلاف باتری های معمولی، کارشناسان فرض کنید که باتری های کوانتومی اهرمی خواهند داشت در هم تنیدگی برای شارژ سریعتر و همچنین عملکرد بهتری داشته باشد. با این حال، توسعه این باتری‌های جدید بسیار آسان نخواهد بود، میدان الکترومغناطیسی هنگام تلاش برای ذخیره انرژی عوارضی را به همراه دارد. برای غلبه بر این چالش، محققان موسسه علوم پایه کره (سندرم روده تحریک پذیر) از الف استفاده کرد ماسر (آنالوگ مایکروویو یک لیزر) برای پیشنهاد یک پلت فرم جدید برای باتری های کوانتومی.

چالش ها در یک میدان الکترومغناطیسی

در توسعه باتری های کوانتومی، میدان الکترومغناطیسی مشکل ساز می شود. تحقیقات قبلی نشان داده است که در حالی که میدان الکترومغناطیسی می تواند برای ذخیره انرژی برای باتری استفاده شود، این احتمال وجود دارد که میدان بتواند آن را جذب کند. انرژی بیشتر از آنچه لازم است اساساً این فرآیند شبیه به لپ‌تاپ‌هایی است که تغییرات بیشتری نسبت به آنچه در نظر گرفته شده است، ایجاد می‌کند. از آنجایی که هیچ مکانیزمی برای متوقف کردن این فرآیند شارژ وجود ندارد، بسیاری نگران هستند که این امر می تواند به طور قابل توجهی توسعه باتری های کوانتومی را متوقف کند.

کیو میزرها

برای تلاش برای غلبه بر این مشکل، محققان از IBS با دانشیار همکاری کردند جولیانو بننتی از دانشگاه اینسوبریا، ایتالیا، برای مطالعه دینامیک کوانتومی در یک میکرومیزر. همانطور که بننتی توضیح داد: "در یک میکرومیزری، میزری کار می‌کند که در آن اتم‌های منفرد که از یک تشدیدگر عبور می‌کنند (حفره‌ای با کیفیت بالا که در آن فوتون می‌تواند برای مدت طولانی زنده بماند) یک پمپ کارآمد را فراهم می‌کند. به جای نوری که در لیزر برای تحریک فعل و انفعالات کوانتومی استفاده می شود، مایکروویوها در داخل میزر برای همین اثر استفاده می شوند. در یک مدل میزر، جریان فوتون با میدان الکترومغناطیسی تعامل دارد و باعث ذخیره انرژی می شود. بننتی افزود: «در اتم تنها دو سطح مهم است. با جفت شدن تشدید با حفره (یعنی اختلاف انرژی بین دو سطح اتمی در واحدهای ثابت پلانک برابر با فرکانس نوسانات میدان الکترومغناطیسی در حفره است). بنابراین اتم مانند کیوبیت عمل می کند. همین مفهوم اکنون با کیوبیت‌های ابررسانا که به‌عنوان یک موجبر به میدان الکترومغناطیسی متصل شده‌اند، به حالت جامد منتقل شده است.

به دلیل تنظیم خاص، میدان الکترومغناطیسی به a می رسد حالت پایدار، جایی که جذب انرژی را متوقف می کند و به یک نقطه توقف ماده اجازه می دهد تا فرآیند شارژ را متوقف کند. این حالت ثابت همچنین به محققان یک معیار شارژ برای استفاده در هنگام توسعه میکرومزر می دهد و احتمال شارژ بیش از حد را کاهش می دهد. به لطف منحصربه‌فرد بودن حالت پایدار، محققان دریافتند که این حالت در حالت «خالص» قرار دارد، جایی که میکرومیزر هیچ خاطره‌ای از کیوبیت‌هایی که در طول شارژ استفاده می‌کردند را نداشت. این نشان می دهد که انرژی ذخیره شده در میدان الکترومغناطیسی را می توان در هر زمانی استخراج کرد، بدون نیاز به پیگیری کیوبیت های مورد استفاده در این فرآیند.

امکان باتری های کوانتومی

با داشتن پلتفرم جدید بالقوه برای باتری‌های کوانتومی، محققان امیدوارند که نتایج آنها بتواند توسط دیگران برای شروع توسعه این فناوری جدید مورد استفاده قرار گیرد. بننتی گفت: «به ویژه، مکانیک کوانتومی می‌تواند منجر به افزایش میزان کار در واحد زمان در باتری‌های N با توجه به باتری‌های کلاسیک شود.» این مزیت کوانتومی با امکان ایجاد حالت های درهم تنیده باتری های N مرتبط است. در فناوری‌های آینده، باتری‌های کوانتومی می‌توانند به مدیریت کارآمد انرژی در مقیاس نانو کمک کنند، که یک نقطه کلیدی برای توسعه فناوری‌های کوانتومی است. Benenti نه تنها از این پلتفرم جدید هیجان زده است، بلکه حتی راهی را پیشنهاد می کند که می تواند توسط شرکت های محاسباتی کوانتومی فعلی استفاده شود. یک راه‌اندازی ممکن می‌تواند برای نمونه‌های اولیه کامپیوتر کوانتومی استفاده شود (IBMQ, گوگل, ریگتی...) مبتنی بر کیوبیت‌های ابررسانا، همراه با یک موجبر (حالت حفره)». با پیشرفت در این نوع پلت فرم ها، باتری های کوانتومی ممکن است زودتر از حد انتظار به واقعیت تبدیل شوند.

کنا هیوز-کستلبری نویسنده کارکنان Inside Quantum Technology و ارتباط دهنده علوم در JILA (شرکتی بین دانشگاه کلرادو بولدر و NIST) است. ضربات نویسندگی او شامل فناوری عمیق، متاورس و فناوری کوانتومی است.