פלטפורמה פוטנציאלית חדשה לפיתוח סוללות קוונטיות

ככל שהעולם ממשיך לחפש מקורות אנרגיה זולים ונקיים יותר, ייתכן שיימצא פתרון אפשרי בסוללות קוונטיות. בניגוד לסוללות רגילות, מומחים להניח שסוללות קוונטיות ימנפו הסתבכות גם לטעינה מהירה יותר לבצע טוב יותר. עם זאת, פיתוח הסוללות החדשות הללו יהיה רחוק מלהיות קל, השדה האלקטרומגנטי מוסיף סיבוכים כאשר מנסים לאגור אנרגיה. כדי להתגבר על האתגר הזה, חוקרים מהמכון למדע בסיסי של קוריאה (תסמונת המעי הרגיז) השתמש ב- a maser (אנלוגי המיקרוגל של לייזר) כדי להציע פלטפורמה חדשה לסוללות קוונטיות.

אתגרים בשדה אלקטרומגנטי

בפיתוח סוללות קוונטיות, השדה האלקטרומגנטי הופך לבעיה. מחקרים קודמים העלו כי בעוד שהשדה האלקטרומגנטי יכול לשמש לאגירת אנרגיה עבור הסוללה, קיימת אפשרות שהשדה יוכל לספוג הרבה יותר אנרגיה ממה שצריך. בעיקרו של דבר התהליך יהיה דומה למחשב נייד שמקבל הרבה יותר שינוי ממה שהוא מיועד לו. מכיוון שאין מנגנון לעצור את תהליך הטעינה הזה, רבים חוששים שהדבר עלול לעכב באופן משמעותי את התפתחות הסוללות הקוונטיות.

רמז למאסרים

כדי לנסות ולהתגבר על בעיה זו, חוקרים מ-IBS שיתפו פעולה עם פרופסור חבר ג'וליאנו בננטי מאוניברסיטת אינסובריה, איטליה, כדי ללמוד דינמיקה קוונטית בתוך מיקרומאסר. כפי שהסביר בננטי: "במיקרומאסר מופעל מאסר שבו אטומים בודדים החוצים תהודה (חלל איכותי שבו פוטון יכול לשרוד לאורך זמן) מספקים משאבה יעילה". במקום אור המשמש בלייזר כדי לעורר אינטראקציות קוונטיות משתמשים במיקרוגלים בתוך מייזר לאותו אפקט. בתוך מודל מייזר, ה זרם של פוטונים מקיים אינטראקציה עם השדה האלקטרומגנטי, וגורם לו לאגור אנרגיה. "באטום רק שתי רמות חשובות", הוסיף בננטי. "עם צימוד תהודה עם החלל (כלומר, הפרש האנרגיה בין שתי הרמות האטומיות ביחידות של קבוע פלאנק שווה לתדירות התנודות של השדה האלקטרומגנטי בחלל). אז האטום פועל כמו קיוביט. אותו רעיון מועבר כעת למצב מוצק, עם קיוביטים מוליכים-על המקושרים לשדה האלקטרומגנטי כמוליך גל."

בגלל ההגדרה הספציפית, השדה האלקטרומגנטי מגיע ל-a מצב יציב, שם הוא מפסיק לספוג אנרגיה, מה שמאפשר נקודת עצירה חומרית לתהליך הטעינה. מצב יציב זה גם נותן לחוקרים מדד טעינה לשימוש בעת פיתוח מיקרומאסר ומפחית את האפשרות לטעינת יתר. הודות לייחודיות של המצב היציב, החוקרים מצאו שהוא נמצא ב"מצב טהור", שבו למיקרומאסר לא זכר את הקיוביטים שהיו בשימוש במהלך הטעינה. זה הציע שניתן להפיק את האנרגיה האצורה בשדה האלקטרומגנטי בכל עת, ללא צורך במעקב אחר הקיוביטים המשמשים בתהליך.

האפשרות של סוללות קוונטיות

עם פלטפורמה חדשה פוטנציאלית לסוללות קוונטיות, החוקרים מקווים שתוצאותיהם יוכלו לשמש אחרים כדי להתחיל לפתח את הטכנולוגיה החדשה הזו. "יש לציין כי מכניקת הקוונטים יכולה להוביל לשיפור, ביחס לסוללות קלאסיות, בכמות העבודה המופקדת ליחידת זמן כאשר סוללות N נטענות באופן קולקטיבי", אמר בננטי. "יתרון קוונטי זה קשור לאפשרות ליצור מצבים סבוכים של סוללות N. בטכנולוגיות עתידיות, סוללות קוונטיות יכולות לסייע בניהול אנרגיה יעיל בקנה מידה ננו, נקודת מפתח לפיתוח טכנולוגיות קוונטיות". Benenti לא רק מתרגש מהפלטפורמה החדשה אלא אפילו מציע דרך שבה ניתן להשתמש בה על ידי חברות מחשוב קוונטי קיימות. "הגדרה אפשרית יכולה להיות כזו המשמשת עבור אבות טיפוס של מחשבים קוונטיים (IBMQ, Google, ריגטי...) מבוסס על קיוביטים מוליכים-על, יחד עם מוליך גל (מצב חלל)", הוסיף. עם ההתקדמות בפלטפורמות מסוג זה, סוללות קוונטיות עשויות להפוך למציאות מוקדם מהצפוי.

קנה יוז-קסטלברי היא כותבת צוות ב-Inside Quantum Technology ו-Science Communicator ב-JILA (שותפות בין אוניברסיטת קולורדו בולדר ו-NIST). פעימות הכתיבה שלה כוללות Deep Tech, Metaverse וטכנולוגיה קוונטית.