By Kenna Hughes-Castleberry julkaistu 01
Maailman etsiessä edelleen halvempia ja puhtaampia energialähteitä, mahdollinen ratkaisu saattaa löytyä kvanttiparistoista. Toisin kuin tavalliset akut, asiantuntijat olettaa, että kvanttiparistot vaikuttavat kietoutuminen latautua myös nopeammin suoriutua paremmin. Näiden uusien akkujen kehittäminen ei kuitenkaan ole helppoa, sähkömagneettinen kenttä lisää komplikaatioita energian varastoinnissa. Tämän haasteen voittamiseksi Korean perustieteiden instituutin tutkijat (IBS) käytetty a maser (laserin mikroaaltoanalogi) ehdottaakseen uutta alustaa kvanttiparistoille.
Sähkömagneettisen kentän haasteita
Kvanttiparistoja kehitettäessä sähkömagneettinen kenttä tulee ongelmaksi. Aiemmat tutkimukset ovat ehdottaneet, että vaikka sähkömagneettista kenttää voitaisiin käyttää akun energian varastoimiseen, on mahdollista, että kenttä voi absorboida paljon enemmän energiaa kuin mitä tarvitaan. Pohjimmiltaan prosessi olisi samanlainen kuin kannettava tietokone, joka muuttuisi paljon enemmän kuin sille on varattu. Koska ei ole mekanismia tämän latausprosessin pysäyttämiseksi, monet ovat huolissaan siitä, että tämä voisi merkittävästi hidastaa kvanttiakkujen kehitystä.
Katso Maserit
Tämän ongelman ratkaisemiseksi IBS:n tutkijat tekivät yhteistyötä apulaisprofessorin kanssa Giuliano Benenti Insubrian yliopistossa Italiassa tutkimaan kvanttidynamiikkaa mikromaserissa. Kuten Benenti selitti: "Mikromaserissa käytetään maseria, jossa yksittäiset atomit, jotka kulkevat resonaattorin (laadukas onkalo, jossa fotoni voi selviytyä pitkiä aikoja) poikki, tarjoavat tehokkaan pumpun." Laserissa kvanttivuorovaikutuksen stimuloimiseen käytetyn valon sijaan mikroaaltoja käytetään masserissa samaa vaikutusta varten. Maser-mallissa fotonien virta on vuorovaikutuksessa sähkömagneettisen kentän kanssa, jolloin se varastoi energiaa. "Atomissa vain kahdella tasolla on väliä", Benenti lisäsi. "Resonanssikytkennällä onkaloon (eli kahden atomitason välinen energiaero Planckin vakion yksiköissä on yhtä suuri kuin ontelon sähkömagneettisen kentän värähtelyjen taajuus). Joten atomi toimii kuin kubitti. Sama konsepti on nyt siirretty kiinteään tilaan, jolloin suprajohtavat kubitit on kytketty sähkömagneettiseen kenttään aaltoputkena.
Erityisen asetelman vuoksi sähkömagneettinen kenttä saavuttaa a vakaa tila, jossa se lakkaa absorboimasta energiaa, mikä mahdollistaa materiaalin pysähtymispisteen latausprosessille. Tämä vakaa tila antaa tutkijoille myös latausmittarin käytettäväksi mikromaseria kehitettäessä ja vähentää ylilatauksen mahdollisuutta. Vakaan tilan ainutlaatuisuuden ansiosta tutkijat havaitsivat sen olevan "puhtaassa tilassa", jossa mikromaserilla ei ollut muistikuvaa latauksen aikana käytetyistä kubiteista. Tämä viittasi siihen, että sähkömagneettiseen kenttään varastoitunut energia voidaan ottaa talteen milloin tahansa ilman tarvetta seurata prosessissa käytettyjä kubitteja.
Kvanttiparistojen mahdollisuus
Kvanttiakkujen mahdollisen uuden alustan myötä tutkijat toivovat, että muut voivat käyttää heidän tuloksiaan uuden teknologian kehittämiseen. "Erityisesti kvanttimekaniikka voi johtaa klassisiin akkuihin verrattuna parantumiseen aikayksikköä kohti talletetun työn määrässä, kun N-akkuja ladataan yhdessä", Benenti sanoi. "Tämä kvanttietu liittyy mahdollisuuteen luoda N-akkujen sotkeutuneita tiloja. Tulevaisuuden teknologioissa kvanttiparistot voisivat auttaa tehokkaassa energianhallinnassa nanomittakaavassa, mikä on avainkohta kvanttiteknologioiden kehittämisessä. Benenti ei vain ole innostunut uudesta alustasta, vaan ehdottaa jopa tapaa, jolla nykyiset kvanttilaskentayritykset voivat käyttää sitä. "Mahdollinen asennus voisi olla sellainen, jota käytetään kvanttitietokoneiden prototyypeille (IBMQ, Google, Rigetti…) perustuvat suprajohtaviin kubitteihin yhdistettynä aaltoputkeen (ontelomoodi), hän lisäsi. Tällaisten alustojen edistymisen myötä kvanttiparistot voivat tulla todeksi odotettua nopeammin.
Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technologyn ja JILAn Science Communicatorin (kumppanuus Colorado Boulderin yliopiston ja NISTin välillä) kirjoittaja. Hänen kirjoitustyylinsä sisältävät syväteknologiaa, metaversumia ja kvanttitekniikkaa.
