Sebagian besar baterai menyimpan energi melalui proses kimia. Baterai kuantum, sebaliknya, menyimpan energi dalam keadaan sistem kuantum yang sangat tereksitasi. Para peneliti telah mengusulkan sejumlah cara berbeda untuk menerapkan baterai semacam itu, dan kemajuan terbaru telah meningkatkan harapan bahwa mereka dapat membantu transisi ke sumber energi yang lebih berkelanjutan. Namun, mereka datang dengan beberapa tantangan, termasuk menemukan cara mudah untuk melepaskan energi dan mempertahankan tingkat yang benar dari energi yang tersimpan.
Para peneliti dari Institute for Basic Science (IBS), Korea, bekerja sama dengan rekan-rekannya di University of Insubria, Italia, kini telah menunjukkan bahwa baterai kuantum berbasis mikromaser dapat membantu mengatasi beberapa tantangan ini. Micromaser terdiri dari aliran atom yang berinteraksi dengan medan elektromagnetik di dalam rongga optik. Energi dalam rongga meningkat dengan interaksi berturut-turut hingga mencapai tingkat tertentu, mengisi daya baterai.
Dalam pekerjaan baru, tim IBS-Insubria menunjukkan bahwa micromaser, setelah diisi, mencapai kondisi yang hampir stabil, yang berarti bahwa tingkat energi mereka tidak berfluktuasi secara signifikan selama rentang waktu yang relevan dengan sistem dalam model tim. Ini penting karena memungkinkan penghitungan waktu pengisian baterai secara akurat. Dengan parameter yang digunakan dalam penelitian ini, tingkat kondisi tunak tercapai setelah sekitar 30 interaksi, dan energi tetap stabil untuk sekitar 1 juta interaksi lebih lanjut.
Kondisi tunak yang hampir murni
Keuntungan lain dari keadaan hampir tunak ini adalah hampir murni, yang memungkinkan untuk mempertimbangkan keadaan rongga secara independen dari keadaan atom yang berinteraksi dengannya. Ini mengejutkan, karena setelah banyak tumbukan orang mungkin mengira bahwa keadaan rongga tidak akan murni, sehingga tidak mungkin untuk memaksimalkan jumlah energi yang diekstraksi dari baterai tanpa juga berinteraksi dengan semua atom yang dibuang. Namun, tim IBS-Insubria menunjukkan bahwa jumlah energi yang dapat digunakan (dikenal sebagai ergotropi baterai) tetap tinggi.
Dinamika kuantum micromaser juga mencegah baterai dari pengisian yang berlebihan, kata Dario Rosa, seorang peneliti senior di IBS yang memimpin penelitian. “Pada prinsipnya, sistem dapat terus meningkat energinya dan bisa menjadi tak terbatas,” jelas Rosa. "Tanpa kontrol eksternal, micromaser, dengan dinamikanya sendiri, tidak meningkatkan energinya tanpa batas." Hal ini membuat baterai lebih mudah untuk diisi dan mencegah kerusakan pada perangkat keras dari energi berlebih.
Selain itu, hasil baru, yang dijelaskan tim dalam jurnal Sains dan Teknologi Kuantum, menunjukkan bahwa karakteristik ini berlaku dalam kondisi realistis (yaitu, peningkatan daya pengisian dan ketidakakuratan dalam sifat fisik sistem) untuk persiapan dan pengoperasian micromaser – membawa model baterai yang berguna lebih dekat dengan apa yang dapat dicapai secara eksperimental.
Keuntungan superposisi
Hasil positif mengenai micromaser didukung oleh a studi terkait oleh kelompok dari Universitas Jenewa, Swiss. Dipimpin oleh Stefan Nimmrichter, kelompok ini menunjukkan bahwa mikromaser tunggal dapat memiliki keunggulan dibandingkan perangkat klasik dalam daya pengisiannya jika atom tiba di rongga dalam superposisi kuantum. Sebelumnya, hanya diketahui bahwa daya pengisian dapat ditingkatkan melalui sistem klasik dengan menggabungkan banyak baterai kuantum menggunakan belitan kuantum.
Baterai kuantum bisa mendapatkan dorongan dari belitan
Rosa mengatakan bahwa pekerjaan lebih lanjut diperlukan untuk lebih memahami cara menggabungkan banyak mikromaser individu dan mengoptimalkan kinerja saat meningkatkan sistem. “Dengan baterai lain, kami telah melihat bahwa daya pengisian meningkat dengan lebih banyak baterai mengisi daya secara bersamaan,” katanya. “Kami ingin tahu apakah micromaser memiliki properti ini.”
Untuk membuat model lebih realistis, tim sekarang tertarik pada apa yang terjadi ketika rongga tidak sempurna, yang berarti ada energi yang hilang. Jika baterai bekerja dengan baik di bawah kondisi ini, melestarikan fitur yang sudah terlihat dalam karya ini, yang akan membuka pintu untuk kolaborasi eksperimental potensial, termasuk dengan fisikawan lain di Italia atau kelompok di Jenewa.
