רוב הסוללות אוגרות אנרגיה באמצעות תהליכים כימיים. סוללות קוונטיות, לעומת זאת, אוגרות אנרגיה במצבים נרגשים מאוד של מערכות קוונטיות. חוקרים הציעו מספר דרכים שונות ליישם סוללות כאלה, וההתקדמות האחרונה עוררה תקוות שהן יוכלו לסייע במעבר למקורות אנרגיה ברי קיימא יותר. עם זאת, הם מגיעים עם כמה אתגרים, כולל מציאת דרכים קלות לשחרר את האנרגיה ושמירה על הרמה הנכונה של אנרגיה מאוחסנת.
חוקרים מהמכון למדע בסיסי (IBS), קוריאה, בשיתוף עם עמיתים מאוניברסיטת אינסובריה, איטליה, הראו כעת שסוללות קוונטיות המבוססות על מיקרומאסרים יכולות לעזור להתגבר על חלק מהאתגרים הללו. מיקרומאסרים מורכבים מזרם של אטומים המקיימים אינטראקציה עם השדה האלקטרומגנטי בתוך חלל אופטי. האנרגיה בחלל גדלה עם אינטראקציות עוקבות עד שהיא מגיעה לרמה מסוימת, ומטעינה את הסוללה.
בעבודה החדשה, צוות IBS-Insubria הוכיח שמיקרומאסרים, לאחר טעינתם, מגיעים למצב כמעט יציב, כלומר רמת האנרגיה שלהם אינה משתנה באופן משמעותי לאורך טווחי זמן רלוונטיים למערכת במודל של הצוות. זה חשוב כי זה מאפשר לחשב במדויק את זמן הטעינה של הסוללה. עם הפרמטרים המשמשים במחקר זה, רמת המצב היציב מושגת לאחר כ-30 אינטראקציות, והאנרגיה נשארת יציבה עבור כמיליון אינטראקציות נוספות.
מצב יציב כמעט טהור
יתרון נוסף של מצב כמעט יציב זה הוא היותו טהור בקירוב, מה שמאפשר לשקול את מצב החלל באופן עצמאי ממצב האטומים שהוא קיים איתם אינטראקציה. זה מפתיע, מכיוון שלאחר התנגשויות רבות אפשר לצפות שמצב החלל לא יהיה טהור, מה שהופך את זה לבלתי אפשרי למקסם את כמות האנרגיה המופקת מהסוללה מבלי לקיים אינטראקציה גם עם כל האטומים שהושלכו. עם זאת, צוות IBS-Insubria הראה שכמות האנרגיה השימושית (המכונה הארגוטרופיה של הסוללה) נותרה גבוהה.
הדינמיקה הקוונטית של המיקרומאסר גם מונעת מהסוללה להיטען יתר על המידה, אומר דריו רוזה, חוקר בכיר ב-IBS שהוביל את המחקר. "באופן עקרוני, המערכת יכולה להמשיך לעלות באנרגיה ועלולה להפוך לאינסוף", מסבירה רוזה. "ללא כל שליטה חיצונית, המיקרומאסר, על ידי הדינמיקה שלו, לא מגדיל את האנרגיה שלו ללא הגבלת זמן." זה מקל על טעינת הסוללה ומונע נזק לחומרה מעודף אנרגיה.
בנוסף, התוצאות החדשות, שהצוות מתאר בכתב העת מדע וטכנולוגיה קוונטים, מראים כי מאפיינים אלו מתקיימים בתנאים מציאותיים (כלומר, כוח טעינה מוגבר ואי דיוקים במאפיינים הפיזיים של המערכת) להכנה ותפעול של המיקרומאסר - מקרבים את המודל של סוללה שימושית למה שניתן להשיג בניסוי.
יתרון סופרפוזיציה
התוצאות החיוביות לגבי micromasers נתמכות על ידי א מחקר בנושא על ידי קבוצה מאוניברסיטת ז'נבה, שוויץ. בראשותו של סטפן נימריכטר, קבוצה זו הראתה שלמיקרומאסר בודד יכול להיות יתרון על פני מכשירים קלאסיים בכוח הטעינה שלו אם האטומים מגיעים לחלל בסופרפוזיציה קוונטית. בעבר, רק היה ידוע שניתן לשפר את כוח הטעינה על פני מערכות קלאסיות על ידי שילוב של סוללות קוונטיות רבות תוך שימוש בהסתבכות קוונטית.
הסוללה הקוונטית יכולה לקבל דחיפה מהסתבכות
רוזה אומרת שנדרשת עבודה נוספת כדי להבין טוב יותר כיצד לשלב מיקרו-מאמרים בודדים רבים ולמטב את הביצועים בעת קנה המידה של המערכת. "עם סוללות אחרות, ראינו שעוצמת הטעינה משתפרת עם יותר סוללות שנטענות יחד", הוא אומר. "אנחנו רוצים לדעת אם למיקרומאסרים יש את המאפיין הזה."
כדי להפוך את המודל למציאותי יותר, הצוות מתעניין כעת במה שקורה כאשר החלל אינו מושלם, כלומר, חלק מהאנרגיה מתפזרת. אם הסוללה מתפקדת היטב בתנאים אלה, תוך שמירה על התכונות שכבר נראו בעבודה זו, הדבר יפתח את הדלת לשיתופי פעולה ניסויים פוטנציאליים, כולל עם פיזיקאים אחרים באיטליה או עם הקבוצה בז'נבה.
