अधिकांश बैटरियां रासायनिक प्रक्रियाओं के माध्यम से ऊर्जा का भंडारण करती हैं। इसके विपरीत, क्वांटम बैटरी, क्वांटम सिस्टम की अत्यधिक उत्तेजित अवस्थाओं में ऊर्जा का भंडारण करती हैं। शोधकर्ताओं ने ऐसी बैटरियों को लागू करने के कई अलग-अलग तरीकों का प्रस्ताव दिया है, और हाल के अग्रिमों ने उम्मीदें जगाई हैं कि वे अधिक टिकाऊ ऊर्जा स्रोतों में संक्रमण की सहायता कर सकते हैं। हालांकि, वे कई चुनौतियों के साथ आते हैं, जिसमें ऊर्जा को मुक्त करने के आसान तरीके खोजना और संग्रहीत ऊर्जा के सही स्तर को बनाए रखना शामिल है।
इंस्टीट्यूट फॉर बेसिक साइंस (आईबीएस), कोरिया के शोधकर्ताओं ने इटली के इनसुब्रिया विश्वविद्यालय के सहयोगियों के सहयोग से अब दिखाया है कि माइक्रोमासर्स पर आधारित क्वांटम बैटरी इनमें से कुछ चुनौतियों को दूर करने में मदद कर सकती हैं। माइक्रोमैसर में परमाणुओं की एक धारा होती है जो एक ऑप्टिकल गुहा के अंदर विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ बातचीत करती है। गुहा में ऊर्जा लगातार बातचीत के साथ बढ़ जाती है जब तक कि यह बैटरी को चार्ज करने के लिए एक निश्चित स्तर पर पठार न हो जाए।
नए कार्य में, IBS-Insubria टीम ने प्रदर्शित किया कि एक बार चार्ज किए जाने पर माइक्रोमासर लगभग स्थिर स्थिति में पहुंच जाते हैं, जिसका अर्थ है कि टीम के मॉडल में सिस्टम के लिए प्रासंगिक समय-सीमा के साथ उनके ऊर्जा स्तर में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ाव नहीं होता है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि यह बैटरी के चार्जिंग समय की सही गणना करना संभव बनाता है। इस अध्ययन में उपयोग किए गए मापदंडों के साथ, लगभग 30 इंटरैक्शन के बाद स्थिर-राज्य स्तर पर पहुंच जाता है, और ऊर्जा लगभग 1 मिलियन आगे की बातचीत के लिए स्थिर रहती है।
लगभग शुद्ध स्थिर अवस्था
इस लगभग स्थिर अवस्था का एक अन्य लाभ यह है कि यह लगभग शुद्ध होती है, जो परमाणुओं की स्थिति से स्वतंत्र रूप से गुहा की स्थिति पर विचार करना संभव बनाती है, जिसके साथ इसने बातचीत की है। यह आश्चर्य की बात है, क्योंकि कई टकरावों के बाद कोई यह उम्मीद कर सकता है कि गुहा की स्थिति शुद्ध नहीं होगी, जिससे बैटरी से निकाली गई ऊर्जा की मात्रा को अधिकतम करना असंभव हो जाता है, बिना सभी छोड़े गए परमाणुओं के साथ बातचीत किए बिना। हालांकि, IBS-Insubria टीम ने दिखाया कि प्रयोग करने योग्य ऊर्जा (बैटरी की एर्गोट्रॉपी के रूप में जानी जाती है) की मात्रा अधिक रहती है।
माइक्रोमासर की क्वांटम गतिशीलता भी बैटरी को ओवरचार्जिंग से रोकती है, कहते हैं डारियो रोसा, आईबीएस के एक वरिष्ठ शोधकर्ता जिन्होंने अध्ययन का नेतृत्व किया। "सिद्धांत रूप में, सिस्टम ऊर्जा में वृद्धि जारी रख सकता है और अनंत हो सकता है," रोजा बताते हैं। "बिना किसी बाहरी नियंत्रण के, माइक्रोमासर, अपनी गतिशीलता से, अपनी ऊर्जा को अनिश्चित काल तक नहीं बढ़ाता है।" यह बैटरी को चार्ज करना आसान बनाता है और अतिरिक्त ऊर्जा से हार्डवेयर को होने वाले नुकसान से बचाता है।
इसके अतिरिक्त, नए परिणाम, जिनका वर्णन टीम जर्नल में करती है क्वांटम विज्ञान और प्रौद्योगिकी, दिखाएँ कि ये विशेषताएँ माइक्रोमैसर की तैयारी और संचालन के लिए यथार्थवादी परिस्थितियों (अर्थात्, बढ़ी हुई चार्जिंग शक्ति और सिस्टम के भौतिक गुणों में अशुद्धि) के तहत सही हैं - एक उपयोगी बैटरी के मॉडल को प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त करने योग्य के करीब लाना।
सुपरपोजिशन लाभ
micromasers के संबंध में सकारात्मक परिणाम a . द्वारा समर्थित हैं संबंधित अध्ययन जिनेवा विश्वविद्यालय, स्विट्जरलैंड के एक समूह द्वारा। स्टीफन निम्म्रिक्टर के नेतृत्व में, इस समूह ने दिखाया कि एक एकल माइक्रोमासर को अपनी चार्जिंग शक्ति में शास्त्रीय उपकरणों पर एक फायदा हो सकता है यदि परमाणु क्वांटम सुपरपोजिशन में गुहा में पहुंचते हैं। पहले, यह केवल ज्ञात था कि क्वांटम उलझाव का उपयोग करके कई क्वांटम बैटरी को मिलाकर शास्त्रीय प्रणालियों पर चार्जिंग पावर में सुधार किया जा सकता है।
क्वांटम बैटरी को उलझाव से बढ़ावा मिल सकता है
रोजा का कहना है कि इस बात को बेहतर ढंग से समझने के लिए और काम करने की जरूरत है कि कई अलग-अलग माइक्रोमासरों को कैसे जोड़ा जाए और सिस्टम को स्केलिंग करते समय प्रदर्शन को अनुकूलित किया जाए। "अन्य बैटरियों के साथ, हमने देखा है कि अधिक बैटरियों को एक साथ चार्ज करने से चार्जिंग पावर में सुधार होता है," वे कहते हैं। "हम जानना चाहते हैं कि क्या माइक्रोमासर्स के पास यह संपत्ति है।"
मॉडल को और अधिक यथार्थवादी बनाने के लिए, टीम अब इस बात में रुचि रखती है कि क्या होता है जब गुहा अपूर्ण होता है, जिसका अर्थ है कि कुछ ऊर्जा समाप्त हो जाती है। यदि बैटरी इन परिस्थितियों में अच्छा प्रदर्शन करती है, तो इस काम में पहले से देखी गई विशेषताओं को संरक्षित करते हुए, जो संभावित प्रयोगात्मक सहयोग के लिए द्वार खोलेगा, जिसमें इटली के अन्य भौतिकविदों या जिनेवा में समूह शामिल हैं।
