بیشتر باتری ها انرژی را از طریق فرآیندهای شیمیایی ذخیره می کنند. باتری‌های کوانتومی در مقابل، انرژی را در حالت‌های بسیار برانگیخته سیستم‌های کوانتومی ذخیره می‌کنند. محققان راه‌های مختلفی را برای اجرای چنین باتری‌هایی پیشنهاد کرده‌اند و پیشرفت‌های اخیر این امید را ایجاد کرده است که آنها می‌توانند به انتقال به منابع انرژی پایدارتر کمک کنند. با این حال، آنها با چالش های متعددی همراه هستند، از جمله یافتن راه های آسان برای آزادسازی انرژی و حفظ سطح صحیح انرژی ذخیره شده.
محققان موسسه علوم پایه (IBS) کره با همکاری همکارانش در دانشگاه اینسوبریا ایتالیا، اکنون نشان داده اند که باتری های کوانتومی مبتنی بر میکرومیزرها می توانند به غلبه بر برخی از این چالش ها کمک کنند. میکرومزرها شامل جریانی از اتم ها هستند که با میدان الکترومغناطیسی داخل یک حفره نوری تعامل دارند. انرژی موجود در حفره با فعل و انفعالات پی در پی افزایش می یابد تا زمانی که در یک سطح معین قرار می گیرد و باتری را شارژ می کند.
در کار جدید، تیم IBS-Insubria نشان داد که میکرومزرها، پس از شارژ شدن، به حالت تقریبا ثابت می‌رسند، به این معنی که سطح انرژی آنها در بازه‌های زمانی مربوط به سیستم در مدل تیم، نوسان قابل‌توجهی ندارد. این مهم است زیرا محاسبه دقیق زمان شارژ باتری را امکان پذیر می کند. با پارامترهای مورد استفاده در این مطالعه، سطح حالت پایدار پس از تقریباً 30 فعل و انفعال به دست می‌آید و انرژی برای تقریباً 1 میلیون فعل و انفعال دیگر ثابت می‌ماند.
حالت ثابت تقریباً خالص
یکی دیگر از مزایای این حالت تقریباً ثابت این است که تقریباً خالص است که این امکان را فراهم می کند که وضعیت حفره را مستقل از حالت اتم هایی که با آنها برهم کنش داشته است در نظر بگیریم. این تعجب آور است، زیرا پس از برخوردهای زیاد، می توان انتظار داشت که وضعیت حفره خالص نباشد، و به حداکثر رساندن مقدار انرژی استخراج شده از باتری بدون تعامل با تمام اتم های دور ریخته شده غیرممکن می شود. با این حال، تیم IBS-Insubria نشان داد که مقدار انرژی قابل استفاده (معروف به ارگوتروپی باتری) همچنان بالاست.
دینامیک کوانتومی میکرومیزر همچنین از شارژ بیش از حد باتری جلوگیری می کند داریو روزایک محقق ارشد در IBS که این مطالعه را رهبری کرد. رزا توضیح می‌دهد: «در اصل، این سیستم می‌تواند به افزایش انرژی ادامه دهد و می‌تواند بی‌نهایت شود. بدون هیچ گونه کنترل خارجی، میکرومیزر، با دینامیک خود، انرژی خود را به طور نامحدود افزایش نمی دهد. این باعث می شود باتری راحت تر شارژ شود و از آسیب دیدن سخت افزار در اثر انرژی اضافی جلوگیری می کند.
علاوه بر این، نتایج جدید، که تیم در مجله توصیف می کند علم و فناوری کوانتومی, نشان می‌دهد که این ویژگی‌ها در شرایط واقعی (یعنی افزایش قدرت شارژ و عدم دقت در ویژگی‌های فیزیکی سیستم) برای آماده‌سازی و کارکرد میکرومیزر صادق هستند - مدل یک باتری مفید را به آنچه از نظر تجربی قابل دستیابی است نزدیک‌تر می‌کند.
مزیت انطباق
نتایج مثبت در مورد میکرومزرها توسط a مطالعه مرتبط با آن توسط گروهی از دانشگاه ژنو، سوئیس. این گروه به رهبری استفان نیمریشتر نشان دادند که اگر اتم‌ها در یک برهم نهی کوانتومی به حفره برسند، یک میکرومیزور منفرد می‌تواند در قدرت شارژ خود نسبت به دستگاه‌های کلاسیک برتری داشته باشد. پیش از این، تنها شناخته شده بود که قدرت شارژ را می توان با ترکیب بسیاری از باتری های کوانتومی با استفاده از درهم تنیدگی کوانتومی، نسبت به سیستم های کلاسیک بهبود بخشید.
باتری کوانتومی می تواند از درهم تنیدگی تقویت شود
روزا می‌گوید که برای درک بهتر نحوه ترکیب بسیاری از میکرومیزرها و بهینه‌سازی عملکرد هنگام افزایش مقیاس، به کار بیشتری نیاز است. او می‌گوید: «در مورد باتری‌های دیگر، شاهد بوده‌ایم که با شارژ بیشتر باتری‌ها، قدرت شارژ بهبود می‌یابد. ما می خواهیم بدانیم که آیا میکرومزرها این ویژگی را دارند یا خیر.
برای واقعی‌تر ساختن مدل، تیم اکنون به این موضوع علاقه دارد که وقتی حفره ناقص است چه اتفاقی می‌افتد، به این معنی که مقداری انرژی تلف می‌شود. اگر باتری در این شرایط عملکرد خوبی داشته باشد، با حفظ ویژگی هایی که قبلاً در این کار دیده شده است، دریچه ای را برای همکاری های تجربی بالقوه، از جمله با سایر فیزیکدانان در ایتالیا یا گروهی در ژنو، باز می کند.
