By Kenna Hughes-Castleberry diposting 01 Nov 2022
Saat dunia terus mencari sumber energi yang lebih murah dan lebih bersih, solusi yang mungkin dapat ditemukan dalam baterai kuantum. Berbeda dengan baterai biasa, ahli mendalilkan bahwa baterai kuantum akan memanfaatkan belitan untuk mengisi lebih cepat serta tampil lebih baik. Namun, mengembangkan baterai baru ini jauh dari kata mudah, medan elektromagnetik menambah kerumitan saat mencoba menyimpan energi. Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti dari Korea's Institute for Basic Science (IBS) menggunakan a maser (analog microwave dari laser) untuk menyarankan platform baru untuk baterai kuantum.
Tantangan dalam Medan Elektromagnetik
Dalam mengembangkan baterai kuantum, medan elektromagnetik menjadi masalah. Penelitian sebelumnya telah menyarankan bahwa meskipun medan elektromagnetik dapat digunakan untuk menyimpan energi baterai, ada kemungkinan medan tersebut dapat menyerap jauh lebih banyak energi dari apa yang dibutuhkan. Pada dasarnya prosesnya akan mirip dengan laptop yang mengambil lebih banyak perubahan daripada yang dialokasikan. Karena tidak ada mekanisme untuk menghentikan proses pengisian ini, banyak yang khawatir hal ini dapat menghambat perkembangan baterai kuantum secara signifikan.
Isyaratkan para Maser
Untuk mencoba dan mengatasi masalah ini, peneliti dari IBS berkolaborasi dengan Associate Professor Giuliano Benenti dari Universitas Insubria, Italia, untuk mempelajari dinamika kuantum dalam mikromaser. Seperti yang dijelaskan Benenti: "Dalam mikromaser, maser dioperasikan di mana atom tunggal melintasi resonator (rongga berkualitas tinggi tempat foton dapat bertahan lama) menyediakan pompa yang efisien." Alih-alih cahaya yang digunakan dalam laser untuk merangsang interaksi kuantum, gelombang mikro digunakan dalam maser untuk efek yang sama. Dalam model maser, the aliran foton berinteraksi dengan medan elektromagnetik, menyebabkannya menyimpan energi. “Dalam atom hanya ada dua tingkat materi,” tambah Benenti. “Dengan kopling resonansi dengan rongga (yaitu, perbedaan energi antara dua tingkat atom dalam satuan konstanta Planck sama dengan frekuensi osilasi medan elektromagnetik dalam rongga). Jadi atom bertindak seperti qubit. Konsep yang sama sekarang ditransfer ke keadaan padat, dengan qubit superkonduktor digabungkan ke medan elektromagnetik sebagai pandu gelombang.”
Karena pengaturan khusus, medan elektromagnetik mencapai a stabil, di mana ia berhenti menyerap energi, memungkinkan titik penghentian material untuk proses pengisian. Kondisi mapan ini juga memberi para peneliti metrik pengisian daya untuk digunakan saat mengembangkan micromaser dan mengurangi kemungkinan pengisian daya yang berlebihan. Berkat keunikan kondisi mapan, para peneliti menemukan bahwa itu berada dalam "keadaan murni", di mana micromaser tidak mengingat qubit yang digunakan selama pengisian daya. Ini menunjukkan bahwa energi yang disimpan dalam medan elektromagnetik dapat diekstraksi kapan saja, tanpa perlu melacak qubit yang digunakan dalam proses tersebut.
Kemungkinan Baterai Quantum
Dengan platform baru yang potensial untuk baterai kuantum, para peneliti berharap hasil mereka dapat digunakan oleh orang lain untuk mulai mengembangkan teknologi baru ini. “Terutama, mekanika kuantum dapat mengarah pada peningkatan, sehubungan dengan baterai klasik, dalam jumlah kerja yang disimpan per satuan waktu ketika baterai N diisi secara kolektif,” kata Benenti. “Keunggulan kuantum ini terkait dengan kemungkinan untuk menciptakan keadaan terjerat dari baterai N. Dalam teknologi masa depan, baterai kuantum dapat membantu manajemen energi yang efisien pada skala nano, titik kunci untuk pengembangan teknologi kuantum.” Benenti tidak hanya senang dengan platform baru ini, tetapi bahkan menyarankan cara yang dapat digunakan oleh perusahaan komputasi kuantum saat ini. “Pengaturan yang mungkin bisa digunakan untuk prototipe komputer kuantum (IBMQ, Google, Rigetti…) berdasarkan qubit superkonduktor, ditambah dengan pandu gelombang (mode rongga), ”tambahnya. Dengan kemajuan dalam jenis platform ini, baterai kuantum dapat menjadi kenyataan lebih cepat dari yang diharapkan.
Kenna Hughes-Castleberry adalah staf penulis di Inside Quantum Technology dan Science Communicator di JILA (kemitraan antara University of Colorado Boulder dan NIST). Ketukan tulisannya termasuk teknologi dalam, metaverse, dan teknologi kuantum.
